流固耦合运动浸没体技术的统一约束公式：连续方程与数值算法
数值分析
2024-02-26 v1 数值分析
流体动力学
摘要
对流体中运动浸没固体的数值模拟现在已成为常规实践，继Peskin及其合作者在浸没边界法(IBM)、Glowinski及其合作者在虚拟区域法(FDM)以及其他相关方法的开创性工作之后。已发表了多种IBM和FDM方法的变体，其中大多数依赖于使用背景网格求解流体方程，并使用拉格朗日点跟踪固体。这些方法的共同关键思想是假设整个流固域是流体，然后约束固体域内的流体按照固体控制方程运动。浸没固体可以是刚性的或变形的。因此，在所有这些方法中，流体域被扩展到固体域中。在这篇综述中，我们通过将控制方程重写为流体的扩展域形式，提供了各种浸没方法的数学视角。固体方程用于对扩展到固体域的流体施加适当的约束。这导出了扩展域约束流固控制方程，为各种浸没体技术提供了统一框架。强形式的统一约束控制方程独立于时间或空间离散方案。我们表明，特定的时间步进和空间离散选择导致了文献中报道的不同技术，范围从自由移动刚体到弹性自推进体。这些技术有广泛的应用，包括水生运动、水下航行器、汽车空气动力学、器官生理学（例如心脏血流、食管运输、呼吸流）、波浪能转换器等。最后，我们评论了突出的挑战和未来方向。
引用
@article{arxiv.2402.15161,
title = {A unified constraint formulation of immersed body techniques for coupled fluid-solid motion: continuous equations and numerical algorithms},
author = {Amneet Pal Singh Bhalla and Neelesh A. Patankar},
journal= {arXiv preprint arXiv:2402.15161},
year = {2024}
}