双向缓冲区高效实现：面向层流与湍流开边界流动
流体动力学
2025-10-30 v1
摘要
为了有效处理由强后流和多个开放边界特征征的流动，本研究介绍了三项改进，以提高SPHinXsys中基于缓冲区的开边界条件在一致性、独立性和准确性方面的表现。首先，为了提高缓冲区一致性，引入连续性假设以防止由强后流引起的过度粒子添加。其次，通过区域约束和独立标记方案提高了双向缓冲区的独立性，从而有效消除复杂开边界流动中的缓冲区干扰和错误粒子删除。第三ly，将原始零阶一致性压力边界条件升级为一阶一致性，通过引入镜像边界处理来改进校正矩阵。该实现基于经过严格验证的弱可压缩平滑粒子流体动力学结合雷诺平均Navier-Stokes(WCSPH-RANS)方法，所做实验包括层流和湍流流动模拟。进行四项测试，包括直线和U形通道流动、平面喷流以及3D自旋转微混合器中的流动，以全面验证所提出的改进。其中，湍流平面喷流在较紧凑的计算域内成功模拟，涉及强后流，这通常对基于网格的方法具有挑战性。这三项改进仅需对代码框架进行少量修改，却带来了显著的性能提升。
引用
@article{arxiv.2510.25702,
title = {An efficient implementation of the bidirectional buffer: towards laminar and turbulent open-boundary flows},
author = {Feng Wang and Xiangyu Hu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.25702},
year = {2025}
}
备注
51 pages, 26 figures and 5 tables