对任意流向流体-多孔介质界面的 Beavers-Joseph 条件的修正
流体动力学
2022-05-25 v2 数值分析
数值分析
摘要
在流体-多孔介质界面上具有正确确定的有效参数的物理一致耦合条件，对于各类应用的精确建模与仿真必不可少。为描述耦合自由流与多孔介质系统中的单相流，通常采用 Stokes/Darcy 方程，配合界面处质量守恒、法向力平衡以及切向速度上的 Beavers-Joseph 条件。后一条件适用于平行于界面的流动，但不适用于任意流动方向。此外，Beavers-Joseph 滑移系数的值并不确定。文献中常将其设为 1，即便流动平行于多孔层，这对许多应用也是不正确的。本文中，我们将最近针对 Stokes/Darcy 系统中任意流动发展起来的广义界面切向速度条件重新表述，使其具有与 Beavers-Joseph 条件相同的解析形式。我们利用带边界层的均匀化理论计算了此修正条件中出现的有效系数。我们证明了修正的 Beavers-Joseph 条件适用于指向流体-多孔介质界面的任意流动方向。此外，我们提出了一种基于模拟退火的高效两级数值算法来计算最优 Beavers-Joseph 参数。
引用
@article{arxiv.2106.15556,
title = {A modification of the Beavers-Joseph condition for arbitrary flows to the fluid-porous interface},
author = {Paula Strohbeck and Elissa Eggenweiler and Iryna Rybak},
journal= {arXiv preprint arXiv:2106.15556},
year = {2022}
}