一种基于有限体积的高效虚拟边界法用于流固耦合模拟
数值分析
2021-10-25 v1 数值分析
摘要
本工作中,我们讨论 Goldstein 等人(1993)提出且在文献中常被称为虚拟边界法(VBM)的带反馈强迫的浸没边界法(IBM)。VBM 已在谱方法与有限差分(FD)框架下被广泛使用。此处,我们提议将 VBM 与计算高效的有限体积(FV)方法相结合。我们将展示,对于相似的计算构型,FV 与 FD 方法给出显著不同的结果。此外,我们提议基于比例-积分(PI)控制器修改标准反馈强迫格式,引入微分作用,从而得到比例-积分-微分(PID)控制器。针对一阶向后微分公式(BDF1)时间格式的稳定性分析被相应修改,并推广至二阶向后微分公式(BDF2)时间格式。我们将展示,对于 BDF2 时间格式,微分作用可改善系统的稳定性特征。我们的方法通过对文献中可用的 stationary/rigidly moving 二维圆柱绕流多构型数值数据进行了验证。最后,给出一个与悬臂梁耦合流体的频率响应相关的流固耦合(FSI)基准算例:我们从数值上证明微分作用的引入对恰当探测流固耦合起着重要作用。
引用
@article{arxiv.2110.11756,
title = {An efficient FV-based Virtual Boundary Method for the simulation of fluid-solid interaction},
author = {Michele Girfoglio and Giovanni Stabile and Andrea Mola and Gianluigi Rozza},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.11756},
year = {2021}
}
备注
23 pages, 18 figures, 9 tables