平面壁附近欧拉-拉格朗日模拟的稳态未扰动速度修正方案
流体动力学
2025-03-06 v1 计算物理
摘要
欧拉-拉格朗日（EL）点粒子模拟依赖流体动力闭合模型来准确预测流场中的粒子动力学。当前用于稀薄含粒子流的闭合模型需要估计粒子中心处的未扰动流体速度。恢复该未扰动速度需要建模粒子对流场产生的扰动。在本工作中，我们提出了一种新的近无滑移壁面速度扰动建模框架，适用于大斯托克斯数表征的稀薄气固两相流。对于小扰动雷诺数，速度扰动控制方程退化为稳态斯托克斯方程。为精确满足平面壁面处速度扰动的无滑移和无穿透边界条件，我们采用镜像法推导了斯托克斯方程针对Wendland和高斯力正则化核的格林函数。此外，还执行了与网格间距相关的高斯核的卷积积配，以匹配离散流求解器产生的解。通过将计算网格上生成的速度扰动与模型预测进行比较，我们验证了所提出的解析模型。通过乘以无界域中的奥森修正因子，提出了该模型对有限粒子雷诺数的扩展。该修正方案通过涉及粒子平行和垂直于壁面运动的典型测试用例进行了验证，涵盖各种斯托克斯数、粒子雷诺数以及粒子直径与网格间距之比。由于Wendland力正则化对应的速度扰动具有多项式表示形式，当前模型计算效率高，适合大规模双向耦合EL模拟。
引用
@article{arxiv.2503.03467,
title = {Steady undisturbed velocity correction scheme for Euler-Lagrange simulations near planar walls},
author = {Akshay Chandran and Fabien Evrard and Berend van Wachem},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.03467},
year = {2025}
}