一种面向四态物质多物理场数值模拟的方法论
计算物理
2019-05-17 v1 应用物理
流体动力学
等离子体物理
摘要
我们提出了一种同时对四态物质——气体、液体、弹塑性固体和等离子体——进行数值模拟的方法论。这些不同且相互作用的物理过程由可压缩、惰性与反应性形式的欧拉方程、多相流方程、弹塑性方程和电阻磁流体力学(Resistive MHD)方程的组合来描述。方程组的组合通常通过耦合有限元(用于固体建模)与计算流体动力学(CFD)模型(用于流体建模),或通过边界条件而非完整材料离散化来引入材料效应。我们的同步求解方法论依赖于将所有方程重构为相同的双曲型形式,从而能在同一网格上用相同的有限体积数值格式求解。根据应用需求,我们采用锐界面与弥散界面方法的组合来追踪或捕捉材料界面。不同方程组之间(即由锐界面分隔的材料)的通信通过系统边界处代表物理材料边界的混合材料黎曼求解器来实现。为此,我们基于特征方程推导了上述各模型两两之间的近似混合黎曼求解器。为证明新方法的适用性,我们考虑了一个案例研究:考察置于金属容器中液体之上的可燃气体被类闪电的等离子电弧击打时点燃的可能性。我们研究了金属容器材料与电导率、介电涂层存在、不敏感可燃气体以及密封与预损伤金属表面对点燃的影响。
引用
@article{arxiv.1905.06620,
title = {A multi-physics methodology for four-states of matter},
author = {Louisa Michael and Stephen T. Millmore and Nikolaos Nikiforakis},
journal= {arXiv preprint arXiv:1905.06620},
year = {2019}
}
备注
arXiv admin note: text overlap with arXiv:1710.01643