用于液-沉积物和气-沉积物两相流动的有限体积与物质点耦合方法
计算工程、金融与科学
2021-07-07 v2 软凝聚态物质
摘要
流体与颗粒沉积物的混合物在许多工业、岩土和航空航天工程问题中具有重要作用，从废物管理与运输（液-沉积物混合物）到直升机旋翼下方的扬尘（气-沉积物混合物）。这些混合流动常涉及数百亿个单独沉积物颗粒的整体运动，并可同时包含高度湍流区域与静态非流动区域。这一现象的广度需要使用连续介质模拟方法，例如物质点法（MPM），其能准确捕捉这些大变形，同时追踪流动的拉格朗日特征（如颗粒表面、弹性应力等）。近期采用两相 MPM 框架模拟这些混合物的研究已显示出巨大前景；然而，这些方法受限于 MPM 在模拟纯流体时的数值缺陷。除众所周知的粒子振铃不稳定性与难以定义流入/流出边界条件外，MPM 随材料变形易累积求积误差，使模拟推进时整体误差增长速率上升。本工作中，我们提出一种改进的两相连续介质模拟框架，使用有限体积法（FVM）求解流体相运动方程，并用 MPM 求解固相运动方程，大幅减弱这些误差的影响，并为这类混合物的长时间模拟提供更好的精度与稳定性。
引用
@article{arxiv.2012.13862,
title = {A coupled finite volume and material point method for two-phase simulation of liquid-sediment and gas-sediment flows},
author = {Aaron S. Baumgarten and Benjamin L. S. Couchman and Ken Kamrin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2012.13862},
year = {2021}
}