一种模拟静止体方法效率的流固耦合强耦合浸没边界法
流体动力学
2021-03-12 v1
摘要
强耦合浸没边界（IB）方法同时求解非线性流体与结构运动方程，以在物体上强施加无滑移约束。处理该约束需求解若干大维数系统，其规模随流场域网格点数增长，尽管非线性约束仅随表示流固界面所用的少量点数规模增长。这些为确定界面上仅少量未知量而进行的昂贵大尺度运算，构成了强耦合 IB 方法高效时间推进的瓶颈。本稿中，我们提出一种受静止体 IB 方法高效策略启发、同时保留强耦合算法良好稳定性性质的瓶颈补救方案——预计算一个封装大维数系统的矩阵，使得 prohibitive 的大尺度运算无需在每一步执行。该预计算过程产生一个小规模维数约束方程的修正系统，可在时间推进方程时以极小计算代价求解。我们还给出了一个在多处理器上良好扩展的并行实现。我们方法的精度、计算效率与可扩展性在若干二维流动问题上得到展示。尽管演示问题由刚体与扭转安装体组合构成，该公式是在涉及任意数量刚体、扭转安装体与连续变形体的更一般设定下推导的。
引用
@article{arxiv.2103.06415,
title = {A strongly coupled immersed boundary method for fluid-structure interaction that mimics the efficiency of stationary body methods},
author = {Nirmal Jayaprasad Nair and Andres Goza},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.06415},
year = {2021}
}