一种用于中性浮力球体颗粒解析模拟的高效方法
流体动力学
2023-06-21 v1
摘要
我们对 Uhlmann [J. Comput. Phys, 2005] 提出的直接力浸入边界法(IBM)作了简单修正，以使其能应用于固液密度比接近 1 的颗粒流。相对于原始公式的主要区别在于粒子速度更新：在尚无任何 IBM 体积强迫项的情况下计算出初步速度场之后立即进行。此外，我们将强迫项施加于浸入固体对象所占据的整个空间（而非仅其界面附近）。本方法需要计算速度场在固体颗粒所占体积上的积分，这些积分通过求和附着在颗粒上的力点处的相应量来高效估算。所得方法可无缝用于密度比低至 的情形。新公式通过三种构型验证：(i) 二维库埃特流中中性浮力圆形颗粒的横向迁移；(ii) 自由来流中中性浮力球体的由静止释放；(iii) 初始平动固定并施加角速度阶段后于自由来流中释放颗粒。在所有三个测试案例中，本 IBM 公式与已有参考数据吻合极好。因此，所提方法是对原始方法一种高性价比且精确的修正，可用于模拟含密度匹配固体颗粒的流体系统。
引用
@article{arxiv.2305.16061,
title = {An efficient method for particle-resolved simulations of neutrally buoyant spheres},
author = {Manuel Garcia-Villalba and Blanca Fuentes and Jan Dusek and Manuel Moriche and Markus Uhlmann},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.16061},
year = {2023}
}
备注
accepted for publication in Computers & Fluids