一种用于稀薄气体流动中流-固-热相互作用的浸没边界方法
流体动力学
2023-05-22 v1 计算物理
摘要
提出了一种用于稀薄气体流动中流-固-热相互作用的浸没边界方法。在该方法中,滑移模型与罚浸没边界方法相结合,以处理滑移区内稀薄气体流动中流-固界面的速度与温度跳跃条件。在该方法中,由Navier-Stokes方程控制的压缩流采用高阶有限差分法求解;弹性固体采用有限元法求解;流体与固体独立求解,流-固-热相互作用通过罚方法以分区方式实现。进行了若干验证,包括二维管道中的Poiseuille流、二维NACA翼型绕流、二维管道中运动方柱、球体绕流及静止流中运动球体。本方法数值结果与先前其他方法发表的文献数据吻合良好,证实了所提方法在处理弱压缩与强压缩稀薄气体流动流-固-热相互作用方面的良好能力。为克服Navier-Stokes方程在超声速流高局部克努森数下的失效,引入人工黏性以缓和激波前的剧烈过渡。受火星探测启发,将所提方法应用于二维与三维域内稀薄气体流动中扑翼空气动力学研究,以期为火星环境下扑翼飞行器提供若干见解。
引用
@article{arxiv.2305.11454,
title = {An immersed boundary method for the fluid--structure--thermal interaction in rarefied gas flow},
author = {Li Wang and Fang-Bao Tian and John Young},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.11454},
year = {2023}
}