Machine-precision energy conservative reduced models for Lagrangian hydrodynamics by quadrature methods
Dartmouth College（达特茅斯学院）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
本文提出了一种基于四次方法的能量守恒降阶模型，用于压缩性欧拉方程的拉格朗日流体动力学，实现了高精度能量守恒和高准确性。
2026-03-05 cs.NA math.NA physics.comp-ph
A Lagrangian formulation of relativistic Israel-Stewart hydrodynamics
我们重新推导相对论流体动力学的拉格朗日有效理论，使用双坐标技术，使我们能够包括耗散项。我们包括Navier-Stokes剪切和散装条款，以及以色列-斯图尔特松弛时间条款，在此形式主义。我们将展示如何列入剪切粘度，并要求一个有界的能量动量“真空”，迫使列入以色列-斯图尔特长期到理论，从而提供了一个理由，这些条款的起源和独特性。
2016-11-01 hep-ph hep-th nucl-th
Efficient solver of relativistic hydrodynamics with implicit Runge-Kutta method
本研究提出一种结合局部优化不动点迭代求解器的隐式Runge-Kutta相对论流体力学求解方法，在多类测试中多数情况仅需一次迭代收敛，同精度下比显式方法计算成本更低，兼具稳定性与高效性。
2024-04-15 hep-ph nucl-th physics.comp-ph
An Updated Lagrangian particle hydrodynamics (ULPH) implementation of heat conduction model in weakly-compressive fluid
本文利用高阶更新拉格朗日粒子流体动力学（ULPH）理论建立热传导控制方程，并通过静态热传导和动态热对流模拟验证，表明该模型准确有效，适用于多物理场问题。
2023-12-07 physics.flu-dyn
A cell-centered implicit-explicit Lagrangian scheme for a unified model of nonlinear continuum mechanics on unstructured meshes
针对连续介质流体力学和固体力学的统一一阶双曲型方程，提出了一种基于非结构网格的单元中心隐式-显式更新拉格朗日有限体积格式。该方案可证明地尊重连续模型在全离散水平上的刚性松弛极限，因此它是渐近保持的。此外，GCL是满足一个兼容的离散化，利用节点求解器来计算基于顶点的通量，用于运动的计算网格以及时间演变的执政偏微分方程。在空间上的二阶精度是使用TVD分段线性重建实现的，而隐式显式（IMEX）龙格库塔时间离散化允许该计划在时间上也获得更高的精度。特别注意的是致力于刚性ODE求解器的设计，基于近似的解析解的控制方程，起着至关重要的作用时，粘塑性极限的模型接近。我们证明了该计划的准确性和鲁棒性的统一连续介质模型，包括无粘流体力学，粘性导热流体，弹性和弹塑性固体在多维设置所涵盖的广泛的材料响应。
2021-07-13 cs.NA math.NA physics.comp-ph
A Lagrangian free-stream boundary condition for weakly compressible smoothed particle hydrodynamics
本文在纯拉格朗日框架内首次为弱可压缩光滑粒子流体动力学（WCSPH）提出自由流边界条件，结合表面粒子识别、远场修正及改进出入口条件等技术，经平板、圆柱绕流及流固耦合等复杂流动验证了其准确性与适用性。
2022-06-14 physics.flu-dyn
Elimination of spectral blocking by ensuring rotation-free property of discretised pressure gradient within a spectral semi-implicit semi-Lagrangian global atmospheric model
Simmons和Burridge（1981）为$σ$ - $p$混合垂直坐标系大气模式制定的水平气压梯度项的广泛采用的离散化，当用于线性网格上运行的谱半拉格朗日模式时，发现在高垂直高度上对旋转风分量产生谱阻塞。提出了一个解决这个问题的方法，并使用谱半隐式半拉格朗日流体静力学原始方程模型进行了测试。所提出的方法消除混叠误差在高波数，通过确保旋转自由属性的压力梯度项的等压面，一个功能所拥有的连续系统，被保留在离散化系统，这突出了模拟离散化的数值天气预报模式的背景下的意义。
2019-08-21 cs.NA math.NA physics.ao-ph
Semi-Implicit Lagrangian Voronoi Approximation for Compressible Viscous Fluid Flows
本文提出SILVA方法，将拉格朗日Voronoi格式与半隐式积分器结合，用于可压缩粘性流动，在低马赫数下放宽时间步限制并保持正确数值粘性标度，并通过多种含激波和多相流的算例验证其有效性。
2024-10-18 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Diffusion model and analysis of diffusion process at lagrangian method
本文基于Fick第二定律，发展了预测扩散过程的移动粒子半隐式方法
2020-10-06 physics.flu-dyn
Shape Optimization for the Mitigation of Coastal Erosion via Smoothed Particle Hydrodynamics
基于伴随的形状优化通常依赖于欧拉流场公式。然而，由于拉格朗日粒子方法是解决海洋学中的沉积问题的自然选择，因此需要扩展拉格朗日框架。为了减轻海岸侵蚀，我们进行形状优化的流体流动，拉格朗日浅水方程和离散通过光滑粒子流体动力学。障碍物的形状由此在适当的成本函数上优化，以基于形状演算来最小化沿着海岸线的水波的高度。理论结果将通过探索不同的场景进行数值验证。
2022-09-06 math.OC physics.flu-dyn
Semi-implicit Lagrangian Voronoi Approximation for the incompressible Navier-Stokes equations
提出半隐式拉格朗日 Voronoi 逼近方法 SILVA，以粒子携带解并动态生成 Voronoi 网格，结合半隐式时间推进与无散度投影，避免重映射，在粘性、无粘及多相流基准中验证，较 ISPH 刚度矩阵更稀疏且边界条件更易实现。
2024-05-07 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Hydrodynamics, particle relabelling and relativity
使用波动方程作为一个例子，它是如何扩展的流体动力学拉格朗日图片的方法，使用连续的轨迹，二阶理论构建场的演变。波动方程通过欧拉图像模型表示，该模型以其洛伦兹变换性质为特征。引入粒子标号的相对性思想，论证了相应的轨道模型与相对性原理的相容性。它还示出了如何欧拉变分制剂可以通过正则变换从拉格朗日图片，以及如何在拉格朗日图片的对称性可用于生成欧拉守恒电荷。
2011-05-18 physics.flu-dyn quant-ph
A numerically robust, parallel-friendly variant of BiCGSTAB for the semi-implicit integration of the viscous term in Smoothed Particle Hydrodynamics
隐式积分的粘性项可以显着提高性能的计算流体动力学的高粘性流体，如熔岩。我们表明，我们以前的建议，半隐式粘性积分光滑粒子流体动力学的改进，扩展它，以支持更广泛的边界模型。由于矩阵对称性的损失，一个关键的进步是一个更强大的版本的双共轭梯度稳定的方法来解决线性系统，这也是更好地适用于共享内存和分布式内存系统的并行化。新的求解器的优点在牛顿流体和非牛顿流体的应用中得到了证明，包括数值方面（由于使用更精确的边界模型的可能性而提高了收敛性）和计算方面（具有出色的强标度和令人满意的弱标度）。
2022-06-29 cs.DC cs.NA math.NA
A comparison between weakly-compressible smoothed particle hydrodynamics (WCSPH) and moving particle semi-implicit (MPS) methods for 3d dam-break flows
本文针对三维溃坝流动比较DualSPHysics中的WCSPH求解器与自研不可压缩MPS求解器，结合实验数据评估波高、压力、作用力、人工黏性影响及计算成本。
2023-06-02 physics.flu-dyn
An hourglass-free formulation for total Lagrangian smoothed particle hydrodynamics
针对TL-SPH在弹性固体大变形模拟中存在的沙漏模态失效问题，提出基于体积-偏应力分解、通过位移拉普拉斯算子计算剪切应力作用的无沙漏公式，经基准测试验证可消去沙漏模态、提升精度与效率，还通过支架变形模拟展现了生物力学应用潜力。
2022-10-14 physics.flu-dyn
An efficient implicit scheme for the multimaterial Euler equations in Lagrangian coordinates
University of Cologne（科隆大学）；University of Stuttgart（斯图加特大学）；University of Trento（特伦托大学）；University of Catania（卡塔尼亚大学）
本文提出了一种在拉格朗日坐标中求解多材料欧拉方程的高效隐式方案，通过单个隐式离散波动方程提高计算效率并减少时步限制。
2026-01-29 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
A numerical tool for the study of the hydrodynamic recovery of the Lattice Boltzmann Method
通过对不同大小的子体上的运动方程进行平均得到能量和拟能的精确平衡关系，研究了格子玻尔兹曼方法（LBM）的流体动力学恢复问题.在二维各向同性均匀湍流的背景下，我们首先验证这种方法对衰减湍流的LBM模拟的合奏对伪谱（PS）模拟的合奏之一的流体动力学恢复进行比较。然后，我们进行了一个基准的LBM模拟强迫湍流雷诺数增加，通过改变输入松弛时间的LBM。这种方法可以扩展到隐式亚网格尺度（SGS）模型的研究，从而提供了一个有前途的路线，量化隐含的SGS模型的LBM框架内现有的稳定技术。
2018-09-17 nlin.CD physics.comp-ph physics.flu-dyn
An Updated Lagrangian Particle Hydrodynamics (ULPH)-NOSBPD Coupling Approach for Modeling Fluid-Structure Interaction Problems
提出基于NOSB-PD与ULPH的流固耦合方法，以压力为传递介质处理界面，有效模拟大变形与材料破坏，数值验证证明其准确有效。
2023-12-08 physics.flu-dyn
A General Class of Lagrangian Smoothed Particle Hydrodynamics Methods and Implications for Fluid Mixing Problems
光滑粒子流体动力学（SPH）的各种公式已被提出，旨在解决流体混合不稳定性的处理中的某些困难。大多数都涉及到算法的变化，要么引入人工校正项，要么违反了SPH相对于其他方法的最大优势：明显的能量能量守恒，熵，动量和角动量。在这里，我们展示了如何一类替代SPH运动方程（EOM）可以自洽地从离散粒子拉格朗日（保证明显的保守）的方式，极大地提高了治疗的不稳定性和接触不连续性。斋藤和牧野最近指出，用于离散的EOM的体积元素不需要明确调用的质量密度（如在“标准”的方法），我们展示了如何将这种见解，以及由此产生的自由度，可以纳入严格的拉格朗日公式，保留理想的守恒性质，并包括“梯度h”的条款，占可变平滑长度。我们推导出一个一般的EOM的任何选择的体积元素（粒子的“重量”）和确定平滑长度的方法。然后，我们指定这一“压力-熵公式”，解决了传统的处理流体界面的问题。在新版本的GADGET代码中实现这一点，我们表明它在混合实验（例如Kelvin-Helmholtz和blob测试）中具有良好的性能。即使在强冲击波/冲击波试验中，守恒也是保持不变的，在这些试验中，没有明显守恒的公式会产生很大的误差。这也改善了亚音速湍流的处理，并减少了对大核粒子数的需要。代码更改是微不足道的，不需要额外的数值开销。这提供了一个一般的框架，自洽推导不同的“风味”的SPH。
2018-06-18 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.comp-ph
Physics informed machine learning with Smoothed Particle Hydrodynamics: Hierarchy of reduced Lagrangian models of turbulence
UArizona（亚利桑那大学）；LANL（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
本文构建参数化约化拉格朗日湍流模型层级，将神经网络与弱可压缩SPH物理结构结合，并提出新型参数化光滑核，验证其在HIT数据上的泛化性和精度。
2023-11-08 cs.LG physics.flu-dyn
Lagrangian Mechanics of Active Systems
我们提出了一个多尺度建模和仿真框架，用于形状变化的浸没物体的低雷诺数流体动力学，例如，生物微泳者和活性表面。其核心思想是将主要形状变化视为广义坐标，并定义共轭广义水动力摩擦力。方便地，相应的广义摩擦系数可以预先计算，随后重新用于快速求解动力学运动方程。该框架将耗散系统的拉格朗日力学推广到主动表面和主动微泳者，其形状动力学由内力驱动。作为一个应用程序的情况下，我们预测在相位和反相位同步对纤毛的实验测量纤毛节拍模式。
2020-12-17 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
The Extended KdV Equation: Augmented Lagrangian and Variational Solitary Waves with Applications to Dispersive Hydrodynamics
Kuwait University（科威特大学）
通过增广拉格朗日方法构建eKdV方程的变分框架，得到sech²型孤立波解的显式二阶公式，并应用于色散激波前沿参数估计，数值验证吻合良好。
2026-06-16 nlin.PS physics.flu-dyn
Introducing CHAD -- An ADM1 Solver for Direct Linking to Lagrangian CFD Software
本文介绍CHAD，一个并行化ADM1求解器，利用拉格朗日CFD（DSPH）结果进行厌氧消化模拟，并验证其概念与数值可行性。
2023-11-15 cs.CE physics.flu-dyn
Multidimensional low-Mach number time-implicit hydrodynamic simulations of convective helium shell burning in a massive star
上下文恒星内部对流的多维流体动力学模拟是一个具有挑战性的数值模拟，特别是在低马赫数的流动。方法.我们探讨了使用低马赫流体动力通量求解器的好处，并证明了其在天体物理模拟的可用性。采用时间隐式的Seven-League Hydro（SLH）程序，基于25 M $_\odot$恒星模型，对氦壳层对流燃烧进行了多维数值模拟。用低马赫数AUSM $^{+}$ -up求解器得到的结果与用它的非低马赫数变型AUSM $_\mathrm{B}^{+}$ -up得到的结果进行了比较。我们应用了重力源项的良好平衡来维持初始的流体静力背景分层。计算网格具有从$180 \times 90^2$到$810 \times 540^2$细胞的分辨率，并且通过$3 \times 10^3$、$1 \times 10^4$和$3 \times 10^4$的因子来促进核能释放，以研究结果对这些参数的依赖性。结果增强的能量输入导致马赫数在$10^{-2}$到$10^{-3}$范围内的对流。标准混合长度理论（MLT）预测，如果不施加增压，对流速度约为$1.6 \times 10^{-4}$。用AUSM $^{+}$ -up进行的模拟表明，在动能谱中有一个类似于Kolmogorov的惯性范围，与它的非低马赫变体相比，它进一步向更小的尺度扩展。与AUSM $^{+}_{\mathrm{B}}$ -up相比，AUSM $^{+…
2021-07-05 astro-ph.SR physics.flu-dyn
Bypass to Turbulence in Hydrodynamic Accretion: Lagrangian Analysis of Energy Growth
尽管有观测证据表明存在冷中性天体物理学吸积盘，但在这种系统中可能驱动吸积的粘性过程还不清楚。虽然分子粘度太小，无法解释所观察到的吸积效率超过十个数量级，但开普勒吸积流中没有任何线性不稳定性通常被用来排除湍流粘度的可能性。最近，任何无粘剪切流的一些微调扰动可以达到任意大的瞬态增长的事实已被提出作为这些系统中的湍流的替代途径。我们提出了一个分析研究这个过程的三维平面波扰动的一般旋转剪切流在拉格朗日坐标，并证明了大的瞬态增长是非轴对称扰动的一般特征与近径向领先的波矢量。最大能量增长比二次增长慢，但比线性增长快。最快的增长发生在二维扰动，并且仅受粘性的限制，并最终受盘的垂直厚度的限制。在考虑了粘性和垂直结构之后，我们发现，作为雷诺数R的函数，最大能量增长约为0.4（R/log R）^{2/3}，并提出了一个启发性的论点，说明为什么在开普勒盘中需要R > 10^4才能维持湍流。因此，假设存在一个非线性的反馈过程来补充瞬态增长的种子，天体物理学的吸积盘必须在湍流范围内。然而，需要运行许多轨道时间和/或微调初始条件的大型3D数值模拟，以在计算机上确认开普勒流体动力学湍流。
2005-04-28 astro-ph physics.flu-dyn
Incorporating Shear into Stochastic Eulerian Lagrangian Methods for Rheological Studies of Complex Fluids and Soft Materials
我们开发的计算方法，将剪切波动的流体力学方法。我们的动机是复杂流体和软材料的流变响应。我们的方法是基于连续随机流体动力学方程，受到剪切边界条件上的单位周期细胞的方式类似于分子动力学的Lees-Edwards条件。我们的方法始终考虑到微观结构弹性力学，流体-结构流体动力学耦合，和热波动。对于实际模拟，我们开发了有效的随机场生成处理剪切广义周期性边界条件的数值方法。结果表明，我们的数值方法与涨落耗散平衡和近平衡统计力学是一致的。作为实践中的示范，我们提出了几个原型流变响应研究。这些包括（i）聚合物流体的剪切稀化，（ii）聚合脂质囊泡的振荡响应的复合模量，和（iii）凝胶状材料在剪切下的老化。
2022-12-20 cond-mat.soft cs.NA math.NA
Application of Stochastic Variational Method to Hydrodynamics
本文将随机变分方法应用于理想流体的作用，导出了纳维-斯托克斯方程。在这种变分方法中，耗散的效果是实现作为波动耗散定理的直接后果。在前人工作\cite{kk1,kk2}的基础上，我们以更一般的形式对支持向量机的拉格朗日量进行参数化。所得方程的形式不变，但输运系数的定义有所改变。我们进一步讨论了支持向量机的制定使用的哈密顿量，并表明，变化的哈密顿量给出了相同的结果的情况下的拉格朗日。
2011-11-25 cond-mat.stat-mech hep-th nucl-th
Hydrodynamic simulations on a moving Voronoi mesh
任何计算流体动力学方法的核心都是如何离散模拟流体的问题。传统上，一个固定的欧拉网格经常被用于此目的，在现代计划也可以自适应细化计算期间。另一方面，基于粒子的方法离散质量而不是体积，产生近似拉格朗日方法。如果允许网格随流动移动，则也可以在基于网格的方法中实现拉格朗日行为。然而，这种方法往往充满了实质性的问题，有关的发展不规则的网状拓扑结构。在这里，我们描述了一个新的计划，消除这些弱点。它是基于一个移动的非结构化网格定义的一组离散点的Voronoi镶嵌。网格是用来解决理想流体动力学的双曲守恒定律与有限体积法，基于二阶Goddom计划与精确的黎曼求解器。该方法的一个特别强大的功能是网格生成点原则上可以任意移动。如果他们被赋予的速度的本地流，一个高度精确的拉格朗日制定的连续流体动力学是免费的网格变形问题，而它是在同一时间完全伽利略不变，不像普通的欧拉代码。我们描述了我们的新的基于Voronoi的流体动力学的制定和实施，我们讨论了一些说明性的测试问题，突出其在实际应用中的性能。
2011-09-10 astro-ph.CO physics.flu-dyn
