一种用于不可压缩流模拟的类似对流的能量稳定开放边界条件

我们提出一种新的能量稳定开放边界条件及相关的数值算法，用于模拟具有出流/开放边界的不可压缩流。该开放边界条件确保了系统的能量稳定性，即使在出流边界出现强涡或回流时也是如此。在某些情况下，它可化为一种可类比于通常对流边界条件的形态。该边界条件的一个显著特征是它提供了对出流/开放边界上速度的控制。这是以往工作中的其他能量稳定开放边界条件所不具备的。我们的数值算法基于旋转速度校正型策略来处理所提出的开放边界条件。它在压力子步和速度子步分别给出了出流/开放边界上离散压力的 Robin 型条件和离散速度的 Robin 型条件。我们针对开放域中的典型尾流和射流进行了广泛的数值实验，以测试本文所开发方法的有效性和性能。模拟结果与实验数据以及以往其他模拟进行了比较，以证明当前方法的准确性。针对一系列雷诺数进行了长时模拟，在这些雷诺数下出流/开放边界处出现了强涡和回流。结果表明，我们的方法能有效地克服回流不稳定性，并且即使在高雷诺数下也能让涡以相当自然的方式从计算域排出。