面向任意复杂几何的耗散粒子动力学方法
计算物理
2020-05-12 v1 流体动力学
摘要
我们提出一种用于耗散粒子动力学（DPD）的局部检测方法，涉及任意形状几何三维域。通过为每个流体粒子引入边界体积分数（BVF）指示变量，仅利用局部粒子构型即可对运动流体粒子实时检测任意形状物体的边界。因此，该方法消除了在 DPD 模拟中对物体边界和几何形状进行解析描述的需要，并使得能够直接从实验图像或计算机辅助设计/绘图加载系统几何形状。壁面穿透由 BVF 值推断并通过预测-校正算法防止。无滑移边界条件通过采用液-固相互作用的有效耗散系数实现。对新方法进行了定量评估，针对圆柱域中的平面泊肃叶流、平面库埃特流和万尼埃流，并与相应的解析解以及纳维-斯托克斯方程的（高阶）谱元解进行比较。我们验证了所提方法对速度产生正确的无滑移边界条件，并在壁面附近产生可忽略的密度和温度波动。此外，我们构建了一个非常复杂的三维几何——“Brown Pacman”微流控装置——以明确展示如何直接从加载图形图像构建具有复杂几何的 DPD 系统。除静止任意形状物体外，新方法对涉及移动和可变形边界的问题特别有用，因为它仅使用相邻粒子的局部信息并实时满足所需边界条件。
引用
@article{arxiv.1612.08761,
title = {A dissipative particle dynamics method for arbitrarily complex geometries},
author = {Zhen Li and Xin Bian and Yu-Hang Tang and George Em Karniadakis},
journal= {arXiv preprint arXiv:1612.08761},
year = {2020}
}