用于大密度比液滴模拟的具有无旋离散 Delta 矢量的新浸没边界法
计算物理
2018-07-30 v1
摘要
浸没边界法(IBM)是模拟液滴运动的流行单流体欧拉-拉格朗日混合方法之一。在传统贴体流体求解器中,处理移动复杂边界是极其耗时且艰巨的任务,而单流体方法提供了一种在固定笛卡尔网格上追踪移动界面相对容易的方式,因为可以避免在每个时间步重新生成贴合界面的网格系统。在 IBM 中,一系列相连的拉格朗日标记点用于表示流体-流体界面,并通过向 Navier-Stokes 方程添加力项来强制施加边界条件。已知 IBM 存在两个问题。一是非物理动能的自发产生,即所谓寄生电流,二是界面的伪重构。对于高密度比和大表面张力液滴的有用长时间尺度模拟,需要解决这两个问题。本工作发现离散 delta 函数是导致非物理寄生电流的原因。具体而言,当使用常见离散 delta 函数将表面张力从拉格朗日标记点扩散到笛卡尔网格单元时,无旋条件未被保持。为解决此问题,提出了一种保持无旋条件的新格式以消除伪电流。此外,为实现界面的平滑重构,采用最小二乘 B 样条拟合来重新定位拉格朗日标记点。将传统和新插值格式实现于多重网格有限体积直接数值模拟(DNS)求解器中,并 subjected to 标准测试用例。证实了新格式中非物理寄生电流被大幅降低,且液滴表面波动被消除。
引用
@article{arxiv.1807.10504,
title = {New Immersed Boundary Method with Irrotational Discrete Delta Vector for Droplet Simulations with Large Density ratio},
author = {Chia Rui Ong and Hiroaki Miura},
journal= {arXiv preprint arXiv:1807.10504},
year = {2018}
}