用于载有有限尺寸颗粒的流动界面解析模拟的碰撞模型
流体动力学
2021-02-23 v4
摘要
我们提出一种用于颗粒承载流界面解析模拟中颗粒-颗粒与颗粒-壁面相互作用的碰撞模型。考虑了三种颗粒间相互作用：(1)长程和(2)短程水动力相互作用，以及(3)固-固接触。长程相互作用通过一种高效且二阶精度的浸入边界法(IBM)纳入。短程相互作用也部分由IBM复现。然而，由于IBM使用固定网格，对于小于网格间距的颗粒间间隙宽度，需要润滑模型。该润滑模型基于斯托克斯区中球间典型润滑相互作用解析解的渐近展开。通过将间隙宽度小于颗粒半径约时的润滑修正设为与间隙宽度无关，纳入了粗糙度效应。此修正一直应用到颗粒发生固-固接触。为模拟固-固接触，我们使用一种线性软球碰撞模型的变体，能够延长碰撞时间。这一选择在计算上颇具吸引力，因为它允许减少精确积分碰撞力所需的时间步数，并且在设定的碰撞时间远小于颗粒运动特征时间尺度时是物理真实的。我们验证了碰撞模型的数值实现，并针对浸入式正撞颗粒-壁面与颗粒-颗粒碰撞以及斜撞颗粒-壁面碰撞的若干基准案例进行了验证。结果显示与实验数据吻合良好。
引用
@article{arxiv.1506.01880,
title = {Collision model for fully-resolved simulations of flows laden with finite-size particles},
author = {Pedro Costa and Bendiks Jan Boersma and Jerry Westerweel and Wim-Paul Breugem},
journal= {arXiv preprint arXiv:1506.01880},
year = {2021}
}
备注
Accepted for publication in Physical Review E