用于数值模拟水螅水母 \textit{Aequorea victoria} 产生流型的任意拉格朗日-欧拉公式
流体动力学
2010-10-22 v1
摘要
针对无旋柱坐标下的移动边界问题，提出了一种新的几何守恒的任意拉格朗日-欧拉 (ALE) 公式。控制方程乘以径向距离，并在任意移动的拉格朗日-欧拉四边形单元上积分。因此，连续性和几何守恒方程具有与笛卡尔坐标下非常相似的形式。连续性方程在每个单元内精确满足，并特别关注在离散水平上满足几何守恒定律 (GCL)。除了完全耦合形式的纳维-斯托克斯方程外，还求解了变形体的运动方程。网格变形通过在每个时间步求解线弹性方程实现，同时避免重新网格化以增强数值鲁棒性。得到的代数线性系统使用 PETSc 库提供的 ILU(k) 预条件 GMRES 方法求解。本 ALE 方法针对圆柱管中球体周围的稳态和振荡流进行了验证，并应用于研究自由游动的水螅水母 \textit{Aequorea victoria}（水晶水母）周围的流型。对水螅水母的计算表明，符号相反的涡环彼此非常接近地脱落，并且在环状涡旋远离水螅水母时，沿相互作用线形成了大的诱导速度。此外，计算了自由游动水螅水母的推进效率，并将其值与文献中其他几个物种的值进行了比较。此处展示的流体动力学视频显示了自由游动水螅水母 \textit{Aequorea victoria} 周围瞬时三维涡量等值面的时间变化。
引用
@article{arxiv.1010.4375,
title = {An arbitrary Lagrangian-Eulerian formulation for the numerical simulation of flow patterns generated by the hydromedusa \textit{Aequorea victoria}},
author = {Mehmet Sahin and Kamran Mohseni},
journal= {arXiv preprint arXiv:1010.4375},
year = {2010}
}
备注
Submitted to APS 63rd Annual DFD Meeting. Available at: http://web.itu.edu.tr/~msahin/movie_folder/export02.avi