面向可压缩流的保压且非刚性的体积惩罚方法
流体动力学
2021-11-17 v2
摘要
将几何嵌入结构化网格可简化流体模拟中复杂对象的处理。现有多种几何嵌入方法。常用的 Brinkman 体积惩罚将几何建模为多孔介质，并在孔隙率趋于零的极限下逼近固体对象。其最简形式通过对流体速度施加惩罚项来增广动量方程，在许多应用中取得了良好结果。然而，它会引起数值刚性，尤其在需平衡高压梯度时。本文关注多孔介质有效体积减小（通常称为孔隙率）的效应。我们推导了一种方法，能以很小的数值刚性增加将穿过对象的通量降至近乎零。此外，无滑移边界条件和绝热边界条件也易于构造。孔隙率项保持了底层数值格式的斜对称性，从而改善了数值稳定性。而且，在非惩罚域中可实现非常好的质量与能量守恒，但边界平滑在其定义上引入了微小歧义。该格式针对声学场景、近不可压缩流和强可压缩流进行了测试。
引用
@article{arxiv.2103.08144,
title = {Pressure-tight and non-stiff volume penalization for compressible flows},
author = {Julius Reiss},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.08144},
year = {2021}
}