用于两相流固耦合分析的一种混合变分 Allen-Cahn/ALE 格式
流体动力学
2020-05-06 v1 计算物理
摘要
我们提出了一种新颖的分区迭代公式，用于对两相流中的流固耦合进行建模。该变分公式由三个微分方程块的稳定且鲁棒的积分组成，即不可压缩粘性流体、刚体或柔性结构以及两相指示场。两相之间的流体-流体界面可能具有高密度比和高粘度比，其在任意拉格朗日-欧拉坐标下通过求解保守相场 Allen-Cahn 方程进行演化。Navier-Stokes 方程采用稳定的 Petrov-Galerkin 方法求解，而保守 Allen-Cahn 相场方程则采用保正性变分格式进行离散。两相流体和结构的完全解耦隐式求解器以交错分区的方式通过非线性迭代力校正进行集成。我们针对涉及刚体与自由表面动态相互作用的二维和三维问题，评估了这种新型相场/ALE 变分公式的精度和稳定性。我们考虑了复杂度递增的衰减测试问题，即圆柱的自由平移垂荡衰减和矩形驳船的自由旋转。通过数值实验，我们表明所提出的公式在流体-流体界面处的高密度比以及具有强附加质量效应的低结构-流体质量比情况下均保持稳定和鲁棒。使用三维非结构化网格，我们证明了耦合相场/ALE 方法的二阶时间精度。最后，我们针对外部流体流引起的涡激振动下柔性圆管内两相流的实际问题，演示了三维相场 FSI 公式的应用。
引用
@article{arxiv.1803.07834,
title = {A hybrid variational Allen-Cahn/ALE scheme for the coupled analysis of two-phase fluid-structure interaction},
author = {Vaibhav Joshi and Rajeev K. Jaiman},
journal= {arXiv preprint arXiv:1803.07834},
year = {2020}
}
备注
25 pages, 14 figures, 1 table