刚体在带自由面流体中运动的有限元模拟

本文描述了刚体在带自由面的流体中运动的有限元模拟。采用了不可压缩牛顿流体的完全一般参考描述(拉格朗日和欧拉描述均是其特例)。这种描述使得变形流体域能够使用扭曲的有限元网格。提出了对流项线性化近似的新格式,并证明了该格式具有改进的二阶精度。还证明了一个定理,为应用延拓技术时雷诺数的人工调整提供了指导。回顾了消除压力作为变量并强制不可压缩性的最有效方法。描述了一种关于包含刚体自动生成有限元网格的较新方法,该方法涉及有限元映射。对自由面近似所采取的方法是将其视为物质实体,即假设自由面的物质导数为零。使用欧拉方程和线性动量守恒来确定刚体的运动。采用预测-校正方法求解组合的子问题。所得模型在驱动腔流、含各种包含刚体的驱动腔流、口模胀大问题以及斯托克斯二阶波的背景下进行了测试。