一种保持界面与几何的全欧拉流固耦合相场方法
流体动力学
2023-02-01 v1 计算物理
摘要
我们提出一种基于相场公式的全欧拉流固耦合建模的界面与几何保持（IGP）方法。在双曲正切界面轮廓由时间依赖迁移率模型保持的同时，所提方法通过约化保体积平均曲率流来维持固-液界面的几何。为实现曲率流的约化，我们针对序参数的对流构造了一个梯度最小化速度场（GMV）。所构造的速度场能够在固体域内保持固体速度，同时沿法向在整个弥散界面区域延伸速度。借助此处理，GMV 减小了序参数等值面的法向速度差，从而缓解了对流引起的弥散界面区域不期望的变厚或变薄。在此过程中，时间依赖迁移率系数被大幅降低，曲率流减弱。GMV 确保弥散界面区域随固体主体运动，使流-固界面贴合固体几何。利用统一动量方程与相依赖插值，我们将 IGP 方法集成至基于不可压黏性流体与 neo-Hookean 固体的全欧拉变分 FSI 求解器中。我们首先展示了基于相场的 IGP 方法在给定速度场下对圆形与方形界面对流的能力。随后，采用通道域内流过固定可变形块的流动检验带 IGP 方法的变分 FSI 框架。最后，利用固定于来流中圆柱后方附着板的振动，评估该全欧拉框架在大长宽比与尖角情形下的表现。
引用
@article{arxiv.2201.11875,
title = {An interface and geometry preserving phase-field method for fully Eulerian fluid-structure interaction},
author = {Xiaoyu Mao and Rajeev Jaiman},
journal= {arXiv preprint arXiv:2201.11875},
year = {2023}
}