Suspensions of viscoelastic capsules: effect of membrane viscosity on transient dynamics
本文通过IB-LB数值模拟研究膜黏度对粘弹性胶囊悬浮液瞬态动力学的影响，发现其作用随体积分数非平凡变化，稠密高表面黏度悬浮液更抗变形但加载时间与无表面黏度胶囊相当，为设计更丰富的力学特征组合提供了新可能。
2023-07-03 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Boundary-velocity error and stability of the accelerated multi-direct-forcing immersed boundary method
Shinshu University（信州大学）；University of Edinburgh（爱丁堡大学）；Kyoto University（京都大学）
本研究探讨了加速多直接力浸没边界法的边界速度误差与稳定性，确定了关键参数以优化模拟稳定性并最小化速度误差。
2026-02-16 cs.NA math.NA physics.comp-ph
A Boundary Thickening-based Direct Forcing Immersed Boundary Method for Fully Resolved Simulation of Particle-laden Flows
提出了一种基于边界增厚的直接强迫（BTDF）浸没边界（IB）方法，用于有限尺寸颗粒不可压粘性流动的全分辨模拟。通过稍微加厚边界厚度，固体边界上的拉格朗日点与其相邻的流体欧拉网格之间的局部通信得到改善，基于隐式直接强迫（IDF）方法和正则化δ函数的单位分割条件。这种策略产生了一个简单的，但更好地施加无滑移和无渗透的边界条件比传统的直接强迫（DF）技术。特别是，该BTDF方法可以达到与其他代表性的改进方法，如多直接强迫（multi-direct forcing，简称DF）、隐式速度校正（implicit velocity correction，简称IVC）和再生核粒子方法（reproducing kernel particle method，简称RKPM）相媲美的数值精度，而其计算成本却保持得很低，与传统DF方法几乎相当。还揭示了边界增厚的最佳厚度值对正则化δ函数形式的依赖性。通过将格子玻尔兹曼方法（LBM）与BTDF-IB耦合，对圆柱绕流的爬行流动（Re=0.1）、定常旋涡分离流动（Re=40）和非定常旋涡脱落流动（Re=200）进行了数值模拟，验证了BTDF-IB方法的鲁棒性。
2018-06-25 physics.comp-ph physics.flu-dyn
An Immersed Boundary Method with Direct Forcing for the Simulation of Particulate Flows
本文提出了一种改进的方法，利用固定的均匀计算网格计算不可压缩刚性悬浮颗粒的粘性绕流。主要思想是将Peskin的正则化δ函数方法[Acta Numerica 11（2002）1]纳入流固相互作用力的直接公式中，以便在欧拉和拉格朗日表示之间进行平滑转移，同时避免时间步长的强烈限制。这种技术是在有限差分和分数步的上下文中实现的。各种二维和三维模拟，从一个单一的圆柱体周围的流动，1000个球形颗粒的沉降。目前的方法的准确性和效率得到了明确的证明。
2018-09-21 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Mass transfer from a sheared spherical rigid capsule
本文考虑非稳态、连续和非均匀边界条件，对剪切流作用下球形刚性囊内溶质传质进行了数值研究。在此，胶囊充当其初始封装的溶质浓度随时间衰减的储器。这种情况下不同于经典的情况下，无论是恒定浓度或恒定的质量流量在颗粒表面的研究。流场和浓度场的计算采用全三维格子Boltzmann模拟，其中流体-结构的双向耦合是通过浸没边界方法实现的。的流量和边界条件对传质效率的影响进行量化的舍伍德数（无量纲传质系数），这是发现增加由于胶囊的旋转引起的强制对流和局部剪切的综合效应。与具有恒定和均匀边界条件的情况相比，在胶囊上具有浓度和质量通量的连续性显著降低了舍伍德数。所得结果可应用于冷却初始热球形颗粒时的传热问题，对于这种情况，必须用温度代替浓度，用努塞尔数代替舍伍德数。
2021-11-14 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Beyond first-order accuracy in continuous-forcing immersed boundary methods, and their well-conditioned projection-based solution
California Institute of Technology（加州理工学院）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
本文提出一种改进的浸入边界方法，实现优于一阶精度的准确性，同时保留连续力方法的关键特性。通过平滑指示函数重构解为内外场的组合，系统提升精度并减少对几何分辨率的依赖。
2026-04-30 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Stable fluid-rigid body interaction algorithm using the direct-forcing immersed boundary method (DF-IBM)
Université de Technologie de Compiègne, Alliance Sorbonne Université（法国技术大学Compiegne，索邦联盟）；Cranfield University（克兰菲尔德大学）
本文提出一种扩展的DF-IBM算法，通过耦合纳维-斯托克斯方程与牛顿-欧拉方程，实现流-刚体相互作用的稳定计算，验证了算法在复杂场景中的鲁棒性和效率。
2026-04-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Numerical simulations of elastic capsules with nucleus in shear flow
数值研究了真核细胞模型--刚性核胶囊在剪切力作用下的变形。细胞膜和细胞核被建模为一个薄的和不可渗透的弹性材料，遵守新胡克本构关系。膜离散的拉格朗日网格和他们的控制方程求解在光谱空间中使用球谐函数，而流体方程求解交错网格上使用二阶有限差分格式。流固耦合采用浸入边界法。数值方法的情况下，一个单一的胶囊在剪切流和验证。细胞变形的核的存在引起的变化进行了研究时，改变内外流体之间的粘度比，膜的弹性和弯曲刚度。真核细胞的变形比原核细胞小。毛细管数越大，变形的减少越大。与原核细胞相比，真核细胞的中部仍然较厚，因此使其通过狭窄毛细血管的灵活性降低。对于粘度比为5，单元的变形小于均匀粘度的情况。此外，对于非零弯曲刚度的膜，变形减小，形状更接近于椭球。最后，我们将将细胞核建模为内部刚性膜所获得的结果与使用刚性粒子所获得的结果进行比较。
2017-05-25 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A Discrete Immersed Boundary Method for the numerical simulation of heat transfer in compressible flows
本文提出了一种离散强迫浸没边界法（IBM）来数值模拟包含热交换的高速流动问题。流场由可压缩纳维-斯托克斯方程控制，该方程通过使用开源库OpenFOAM求解。数值求解器被修改，包括源项的动量方程和能量方程，占浸没体的存在。该方法是验证一些基准测试案例处理强制对流问题和移动浸没机构。所得结果与文献中提供的数据非常吻合。通过研究不同壁温的加热球的三维高马赫绕流，进一步评估了该方法。即使对于这种更复杂的测试情况下，该方法提供了一个准确的热场和速度场的表示。
2023-01-23 physics.flu-dyn
Characterization of the forcing and sub-filter scale terms in the volume-filtering immersed boundary method
本文针对体积滤波浸入边界法中的强迫项与亚滤波尺度项，基于二维变系数双曲方程开展数值分析，提出双曲PDE体积滤波的系统方法，验证了该方法的二阶收敛性及亚滤波尺度项与滤波尺寸平方的比例关系。
2024-07-12 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
An immersed boundary method for particle-resolved simulations of arbitrary-shaped rigid particles
本研究扩展García-Villalba等人（2023）的直接力浸入边界法至任意形状刚性颗粒，保留处理中性浮力和密度比低至0.5轻质物体的能力，具简洁性优势，通过三个文献测试案例验证其有效性。
2025-04-17 physics.flu-dyn
Direct Numerical Simulations of the Swirling von Karman Flow Using a Semi-implicit Moving Immersed Boundary Method
本文提出了一种新的移动浸没边界方法（IBM），并将其应用于层流和湍流状态下封闭容器内有旋von Karman流动的直接数值模拟（DNS）。IBM通过利用时间积分方案扩展了直接强迫方法，该方案将浸没边界强迫步骤嵌入半隐式迭代Crank-Nicolson方案中。整体方法是强大的，稳定的，并产生出色的结果，在典型的情况下，静态和移动的边界。移动的IBM使我们能够再现（F。Ravelet，A. Chiffaudel和F. Daviaud，JFM 601，339（2008））。在这些DNS中，流动由安装有弯曲惯性搅拌器的两个反向旋转叶轮驱动。我们分析了从层流到湍流的过渡，通过增加反向旋转叶轮的转速，以达到四个雷诺数90，360，2000，和4000。在层流制度在雷诺数90和360，我们观察到的流动特征类似于那些在实验中报告，特别是，在雷诺数360的外观的破环不稳定性。我们观察到雷诺数2000的过渡湍流。雷诺数为4000时，可实现充分发展的湍流。从模拟计算的无量纲扭矩与实验数据的相关性相匹配。低雷诺数的对称性，随着雷诺数的增加而丢失，恢复在充分发展的湍流制度，在那里我们观察到两个环面对称的中间高度平面的平均流。我们注意到，即使在最高的雷诺数4000，在该装置的中心区域的湍流波动保持各向异性，这表明各向同性需要显着更高的雷诺数。
2021-08-17 physics.flu-dyn
Immersed-finite-element method for deformable particle suspensions in viscous and viscoelastic media
粘性和粘弹性介质中的可变形弹性体构成了合成和生物复杂流体的很大一部分。我们提出了一种并行化的三维模拟方法，它完全解决了固体和流体域的动量平衡。浸没边界算法被称为浸没有限元法（IFEM），它精确地确定了固体域中的内力。该方案的优点是不需要重新划分网格，处理有限的Elderold数，以及将非线性粘弹性的流体域。我们的算法是专为计算效率高的模拟混合结构类型的多颗粒悬浮液。在IFEM中的固体域中的内力计算与基于有限体积的不可压缩流体求解器耦合，这两者都是大规模并行化的分布式存储器架构。我们进行了广泛的案例研究，以确保我们的算法的保真度。即，在粘性和粘弹性介质中进行了一系列胶囊、红细胞和弹性固体可变形颗粒的单颗粒模拟。我们所有的结果是在良好的定量协议与相应的文献中报道的数据是基于不同的模拟平台。此外，我们评估的准确性多粒子模拟的血液悬浮液（血浆中的红细胞），有和没有血小板。最后，我们提出了一种新的模拟多个固体变形物体在粘弹性介质中的结果。
2019-03-08 physics.comp-ph physics.flu-dyn
An Immersed Discontinuous Galerkin Method for Compressible Navier-Stokes Equations on Unstructured Meshes
介绍了一种在非边界拟合网格上求解可压缩Navier-斯托克斯方程的浸入式高阶间断Galerkin方法。流动方程离散的混合间断Galerkin制定和先进的时间与明确的时间推进计划。离散化网格可以包含不同大小的单纯（三角形或四面体）元素，并且不需要被结构化。在离散化网格上，流体域边界用隐式符号距离函数表示。部分被实体域覆盖的切割元素在用行进三角形或四面体算法进行镶嵌后被集成。引入两种替代技术，以克服过多的稳定的时间步长的限制所施加的切割元素。在第一种方法中，切割基函数被从最近的最大元素外推的基函数所取代。在第二种方法中，切割基函数简单地与被固体覆盖的切割单元的分数成比例地缩放。为了达到高阶精度，在邻接实体边界的单元面上引入了附加节点。随后，通过将引入的节点投影到边界来弯曲面。所提出的方法进行了验证和验证与几个二维和三维亚音速和高超音速低雷诺数流动的应用，包括绕圆柱，太空舱和航空航天飞行器的流动。
2019-11-07 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
A sharp interface approach for wetting dynamics of coated droplets and soft particles
本文提出一种结合immersed boundary与lattice Boltzmann方法的计算方案，用于模拟具一般表面性质及不同界面刚度的液滴润湿动力学，并在剪切流中验证了其有效性。
2023-07-22 physics.comp-ph physics.flu-dyn
IB2d: a Python and MATLAB implementation of the immersed boundary method
流固耦合（FSI）软件的开发涉及易用性、通用性、性能和成本之间的权衡。通常，当使用低级软件对浸入均匀密度流体中的弹性结构的相互作用进行建模时，存在大的学习曲线。许多现有的代码并不公开，现有的商业软件通常需要昂贵的许可证，可能没有内部代码所能提供的那么强大或允许必要的灵活性。我们提出了一个开源的沉浸式边界软件包IB2d，在MATLAB和Python中都有完整的实现，它能够运行各种生物力学模型，并且可以让在高级编程环境中有经验的科学家访问。IB2d包含用于构建纤维结构的材料属性的多个选项，以及化学梯度的对流扩散，肌肉力学模型和人工强制以驱动具有首选运动的边界。
2016-10-24 cs.MS physics.flu-dyn
A moving least square immersed boundary method for SPH with thin-walled structures
针对含薄壁结构的SPH模拟，提出一种结合移动最小二乘法的浸入边界法，无需多层边界粒子，提升了三维模拟的精度与稳定性，经脉冲起动平板、圆柱绕流算例验证有效。
2023-10-08 physics.flu-dyn
A fast and consistent sharp-interface immersed boundary method for moving bodies of arbitrary thickness
Gran Sasso Science Institute (GSSI)（格兰萨索科学研究所）；University of Twente（特温特大学）
提出一种结合快速标记算法、双侧欧拉强迫策略和一致质量校正的锐利界面浸入边界法，用于模拟包含运动、变形及任意厚度物体的不可压缩流动，在保持直接泊松求解器效率的同时实现二阶无滑移精度。
2026-06-11 physics.flu-dyn
Immersed Boundary Projection Method for Navier Slip Boundaries
Osaka University（大阪大学）；Osaka Metropolitan University（大阪公立大学）
本研究提出一种适用于Navier滑移边界的浸没边界投影方法，通过隐式投影确定滑移速度与边界力，兼具空间一阶、时间四阶精度，在宽滑移长度范围的圆柱绕流模拟中验证了准确性。
2025-09-18 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A simple and efficient second-order immersed-boundary method for the incompressible Navier--Stokes equations
本研究提出一种求解不可压缩Navier–Stokes方程的二阶隐式浸入边界法，通过离散强迫实现固液界面清晰区分，仅需修改动量方程拉普拉斯模板中心点权重，经简单问题、二维层流、正弦壁通道湍流及人体鼻腔流实验验证，兼具高精度、简单性与高效性。
2025-06-17 physics.flu-dyn
Mechanism-Resolved Interface Momentum Transfer in Immersed-Boundary Lattice Boltzmann Simulations
该研究以经典流动案例为探针，解析IB-LBM模拟中边界方案、核函数等对界面动量传递的影响，揭示机制并替代通用方案排序。
2026-09-03 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Forcing homogeneous turbulence in DNS of particulate flow with interface resolution and gravity
我们考虑的情况下，有限大小的球形颗粒是在重力作用下，在均匀的湍流背景流。湍流是被迫与援助的随机强迫方法Eswaran和教皇[计算。Fluids，16（3）：257-278，1988]，而固体颗粒用浸没边界方法表示。强迫计划是用来产生各向同性湍流在垂直细长的盒子，以保证更好的去相关的拉格朗日信号在重力方向。由于只有有限数量的傅立叶模式被强制，因此可以直接在物理空间中评估强制场，从而避免全尺寸变换。从受迫动量方程出发，导出了箱平均动能的收支。中等规模的模拟稀悬浮液在低泰勒尺度雷诺数$Re_λ=65$，小密度比$ρ_p/ρ_f=1.5$和两个伽利略数$Ga=0$和120进行了长时间间隔，以排除缓慢发散的可能性。结果表明，在零重力下的结果是完全符合以前的实验测量和可用的数值参考数据。有限重力情况下的具体特点进行了讨论，相对于减少的平均沉降速度，加速度统计和拉格朗日自相关。
2015-11-26 physics.flu-dyn
Implementation of a discrete Immersed Boundary Method in OpenFOAM
在本文中，浸没边界方法（IBM）提出的Pinelli实现的有限体积近似的不可压缩纳维-斯托克斯方程的解决方案在开源工具箱OpenFOAM版本2.2。固体障碍物的边界条件采用离散强迫法。与传统方法不同，传统方法包括使用保形网格和在网格的边界面上施加无滑移边界条件的实体的存在，实体在这里通过在一组拉格朗日标记上评估的自组织体力表示在欧拉笛卡尔网格上。标记可以在欧拉网格上移动，因此可以直接分析身体的运动或变形。IBM方法在PisoFOAM中描述和实现，其压力隐式分裂算子（PISO）求解器相应地修改。通过在IBM和压力校正步骤之间进行子迭代，同时施加固体的存在和流体速度的无发散。该方案允许使用快速优化的泊松求解器，同时授予优异的精度相对于前面提到的约束。各种二维和三维有据可查的固定或移动圆柱体周围的流动的测试情况进行了模拟，并仔细验证现有的数据从文献中。新的求解器的能力进行了讨论的精度和数值性能。
2016-09-14 physics.flu-dyn
A fully one-sided diffuse-interface immersed boundary method for wall-modeled large-eddy simulation
Aix-Marseille Univ, CNRS, Centrale Med, M2P2（艾克斯-马赛大学）；Department of Aeronautics and Astronautics, The University of Tokyo（东京大学航空航天工程系）
研究针对扩散界面浸入边界方法在壁面模型大涡模拟中存在的问题，开发全单侧扩散界面浸入边界方法，通过特定策略消除跨边界扩散效应，经多方面验证，该方法提高了预测精度，尤其在低参考高度时，且在翼型湍流流动评估中表现良好。
2026-07-09 physics.flu-dyn
A method of immersed layers on Cartesian grids, with application to incompressible flows
Peskin（J. Comput.物理、1977），以及衍生形式，诸如Taira和Colonius的投影法（J. Comput.物理、2007年），已被用于模拟流动物理问题的移动界面上的固定网格。然而，在它们的界面处理中，这些方法不区分一侧与另一侧，而是将运动约束应用于两侧，并且相关联的界面力是来自每一侧的贡献的不可分割的混合。在这项工作中，我们定义了一个离散的Heaviside函数，一个自然的伴侣熟悉的离散狄拉克δ函数（DDF），定义一个屏蔽版本的网格上的每个字段，在误差的DDF，需要的字段的预期值的接口的相应两侧。从这个基础上，我们开发离散算子和身份，是一致适用于任何表面几何。我们使用这些开发扩展形式的原型偏微分方程，包括泊松，对流扩散，不可压缩的Navier-Stokes方程，管理的离散掩蔽字段。这些方程包含了IBM中常见的强迫项，但也包含了一些附加项，这些附加项将场量的跳跃正则化到网格上，并使我们能够单独指定界面两侧场行为的约束。绘制这些条款之间的联系和层的潜力在椭圆问题，我们把它们统称为浸没层。我们演示了几个代表性的问题，包括二维不可压缩流动内的旋转圆柱体和外部的旋转广场的方法的应用。
2021-08-20 physics.flu-dyn
Arbitrary axisymmetric steady streaming: Flow, force and propulsion
在微观尺度上诱导混合的一种成熟的方法是利用稳定流动产生的流动。定常流动是一种经典的流体动力学现象，其中，在本体中或沿着边界的时间周期性强迫通过惯性增强以引起非零净流。基于简单几何强迫的经典工作，并由弹性胶囊和气泡的复杂形状振荡激发，我们开发了数学框架来量化具有任意轴对称时间周期边界条件的球体的稳态流。我们计算流动渐近小振幅振荡的边界中的限制，其中粘性渗透长度尺度远小于身体。在这种情况下，流动具有边界层结构，并且通过渐近匹配来求解流体运动。我们的结果，在无滑移边界条件的情况下，并扩展到包括振动自由表面的运动，恢复经典的工作作为特殊情况。我们说明了我们的解决方案给出的流结构，并提出了一个小规模的力生成和合成运动的应用我们的结果。
2015-11-30 physics.flu-dyn
A combined Lattice Boltzmann and Immersed Boundary approach for predicting the vascular transport of differently shaped particles
人造颗粒的血管运输和粘附建模对于优化其在疾病检测和治疗中的功效至关重要。本文将格子玻尔兹曼方法和浸没边界方法结合起来，对层流中不同形状颗粒的近壁动力学进行了预测。对于格子Boltzmann模型，高斯-厄米投影用于推导格子方程，壁边界条件通过邹-何框架施加，和移动最小二乘算法精确地重建占浸没边界的强迫项。首先，计算代码验证对两个著名的测试情况下：在静止的流体中的圆形和椭圆形的圆柱体的沉降。一个非常好的协议之间观察到目前的结果和文献中提供的。然后，圆形，椭圆形，矩形，正方形和三角形的颗粒的运输进行了分析，在库埃特流，在Re=20。所有的颗粒横向漂移通过流线到达平衡位置，与初始条件无关。对于这个大的雷诺数，颗粒形状对最终平衡位置没有显著影响，但它确实影响角速度的绝对值和周期性。具体而言，细长颗粒显示出更长的振荡周期，最有趣的是，角速度的变化更大。最长的粒子在几乎整个旋转周期内呈现零角速度。总的来说，这些数据表明，所提出的方法可以有效地用于预测复杂的粒子动力学在生物相关的流。这种计算策略可能在计算纳米医学领域产生重大影响，用于优化治疗和成像剂的特异性递送。
2016-06-06 physics.flu-dyn
An Immersed Boundary Fourier Pseudo-spectral Method for Simulation of Confined Two-dimensional Incompressible Flows
本文将浸入边界技术应用于二维不可压纳维-斯托克斯方程涡量-速度方程的Fourier拟谱解。浸没边界条件是通过对流和扩散项的直接修改来实现的，因此，与许多其他类似的方法相比，本公式中没有明确的外部强迫函数。所需的浸入边界条件近似在一些规则的网格点，使用不同的顺序（二阶）多项式外推。在每个时间步开始时，螺线管速度（也满足所需的浸没边界条件），获得并送入一个传统的伪谱求解器，连同修改后的涡。由于采用了零平均拟谱解，因此，该方法适用于平均速度和涡量均为零，而不存在平均涡量动力学的受限流动。与经典的傅里叶伪谱方法相比，该方法需要进行更多的${\cal O}(4(1+\log N)N)$操作来设置边界条件。因此，该方法的计算成本总体上由${(N \log N)}$缩放。时间积分采用经典的显式四阶Runge-Kutta方法，并在每一子步开始时设置边界条件，以提高时间精度。将该方法应用于不同阶数的固定边界和移动边界问题，考察了该方法的精度和性能，并与经典的Fourier伪谱解进行了比较.
2011-10-27 math-ph math.MP physics.flu-dyn
An immersed interface-lattice Boltzmann method for fluid-structure interaction
提出了一种用于模拟流固耦合系统的浸入界面-格子玻尔兹曼方法（II-LBM）。这种方法的关键要素是确定的跳跃条件，满足的分布函数的框架内的格子玻尔兹曼方法时，力施加沿表面浸入不可压缩流体。在该初始II-LBM中，通过使用类似于在不可压缩纳维-斯托克斯方程中施加相应的压力跃变条件的方法施加相关跃变条件，来急剧解决与界面力的法向部分相关的不连续性。我们发现，跳跃条件的分布函数是相同的单弛豫时间和多弛豫时间LBM配方。切向力的处理采用浸没边界-格子玻尔兹曼方法（IB-LBM）。II-LBM方法的性能进行比较，直接强迫IB-LBM的刚体流体-结构相互作用，和经典的IB-LBM的弹性界面。高阶精度观察与II-LBM相比，IB-LBM为选定的基准问题。由于分布函数的跳跃条件也满足界面上速度场的连续性，因此II-LBM的速度场误差比IB-LBM小得多。的II-LBM也被证明提供卓越的体积守恒模拟灵活的边界时。
2020-03-26 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Universal flapping states of elastic fibers in modulated turbulence
我们研究了充分发展的湍流和浸没的柔性纤维系综之间的完全耦合动力学。我们在很大的参数范围内改变悬浮液的浓度、机械性能和纤维的长度。对于所有的配置，纤维动力学落在只有两种可能的动力学状态：（i）纤维表现出其自然响应的流动迫使或（ii）其运动完全符合流体动力学的时间尺度的湍流。这种情况既适用于稀释条件，其中载体流不受流体-结构相互作用的影响，也适用于流动因浸没物体的存在而显著改变的情况。这种反作用效应可以用悬浮液的质量分数进行宏观建模。我们的结果可以很容易地扩展到任何弹性物体与流体湍流相互作用。
2021-08-21 physics.flu-dyn
A hybrid immersed boundary method for dense particle-laden flows
提出混合浸入边界方法HyBM，通过在近颗粒或域壁处采用非对称插值/扩散支撑、其余位置保持经典对称格式，提升稠密颗粒载流模拟精度。
2023-01-31 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Topology-free immersed boundary method for incompressible turbulence flows: An aerodynamic simulation for 'dirty' CAD geometry
为了设计一种方法来解决处理“脏”和高度复杂的几何形状的问题，拓扑自由的方法结合浸没边界方法，提出了在高雷诺数的粘性和不可压缩流。该方法同时采用了鬼细胞技术和分布式强迫技术施加边界条件。在流体和固体识别过程中，使用轴投影插值方法避免搜索失败。这种方法产生一个拓扑自由浸入边界，特别适合高度复杂的几何形状的流动模拟。在为这些场景生成计算网格时通常会出现困难。该方法允许处理脏数据，而无需任何准备处理工作来简化或清理几何。该方法同样适用于本文所采用的相干结构湍流模型。与二阶中心差分方案结合使用的验证案例在较精细的分辨率下获得了一阶精度，尽管较粗糙的分辨率保留了二阶精度。这种方法是完全并行的分布式内存平台。在这项研究中，该方法的准确性和保真度进行了检查，通过模拟绕流钝体，过去的平板，过去脏球。这些模拟与实验数据和其他既定的结果进行了比较。最后，从实际应用的模拟结果表明，该方法建模高度复杂的，非规范的三维流动的能力。基于几何特征精确分类的对抗方法为解决这一问题提供了一种鲁棒、合理的解决方案。
2020-02-15 cs.CE physics.comp-ph physics.flu-dyn
A combined immersed boundary and discrete unified gas kinetic scheme for particle-fluid flows
采用离散统一气体动力学格式（DUGKS）和浸没边界（IB）方法，对含颗粒流动进行了界面分辨模拟。本方法（IB-DUGKS）保留了IB和DUGKS各自的优点，即，处理复杂流动的灵活性和效率，以及鲁棒性和低数值耗散。在IB-DUGKS中，IB方法用于处理流固界面，DUGKS用于模拟流体流动，分别利用拉格朗日和欧拉网格。这两个网格是完全独立的，这有助于避免网格再生时，一个固体粒子的移动。具体而言，在本实施的IB-DUGKS，在颗粒表面的无滑移边界条件是准确地执行通过引入一个有效的迭代强迫算法，和IB力引起的颗粒边界方便地纳入DUGKS与奇异分裂计划。的准确性的IB-DUGKS第一次验证中的流动通过一个静止的气缸和一个振荡的气缸在一个静止的流体。在此之后，几个成熟的二维和三维颗粒流问题进行了模拟，包括一个颗粒的沉降和DKT动力学的两个颗粒在一个通道中，和一组颗粒沉降在一个封闭的。在所有的测试情况下，结果是在良好的协议与文献中的数据，表明拟议的IB-DUGKS是一个很有前途的工具，用于模拟颗粒流。
2018-01-16 physics.comp-ph physics.flu-dyn
The volume-filtering immersed boundary method
提出体积过滤浸入边界（VFIB）方法，通过过滤Navier-Stokes方程将界面边界条件转化为体力，并创新性地解决内部流动应力分离、Lagrangian强迫点体积计算及大涡模拟扩展问题，显著提升了计算精度。
2023-03-25 physics.flu-dyn
Seismic response of cylinder assemblies in axial flow
地震对核反应堆的安全性是一个巨大的挑战。为了应对这一挑战，我们需要更好地了解反应堆堆芯如何应对地震力。反应堆堆芯由燃料组件组成，燃料组件本身由浸没在强轴向流中的柔性燃料棒组成。这就产生了强耦合的流体-结构相互作用，其精确建模通常需要高的计算成本。在本文中，我们介绍了一种新的模型，能够捕捉到的反应堆堆芯的机械响应，以低计算成本的地震迫使。该模型基于流体部分的势流理论和结构部分的Euler-Bernoulli梁理论，允许我们预测存在轴向流时对地震力的响应。线性方程组在傅立叶空间中求解，以减少计算时间。为了验证的目的，我们首先使用所提出的模型来计算一个单一的圆柱体在轴向流的响应。然后，我们实现了一个多缸的几何形状，由4个燃料组件，每个由8x8气缸，对应于在CEA可用的实验设施。数值计算结果与实验结果的比较表明，两者吻合较好。该模型能够正确预测附加质量。它还可以定性地捕捉组件之间的耦合和约束的效果。这表明势流方法可以深入了解核反应堆内复杂的流体-结构相互作用，特别是可以用于以低计算成本预测对地震强迫的响应。
2021-10-29 physics.flu-dyn
Physically consistent immersed boundary method: a framework for predicting hydrodynamic forces on particles with coarse meshes
本文提出一种物理一致的浸入边界方法（PC-IBM），通过体积过滤推导并兼容大涡模拟，在粗网格下准确预测颗粒流体动力，阻力偏差小于10%。
2024-06-07 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Physics-integrated neural differentiable modeling for immersed boundary systems
State Key Lab of Ocean Engineering, School of Ocean and Civil Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China（海洋工程国家重点实验室，海洋与civil工程学院，上海交通大学，上海200240，中国）；State Key Laboratory of Maritime Technology and Safety, Shanghai Ship and Shipping Research Institute Co., Ltd, Shanghai 200135, China（海洋技术与安全国家重点实验室，上海船舶研究所有限公司，上海200135，中国）
本文提出融合物理的神经可微框架，用于长时间预测浸没边界流动，通过结构整合物理原理和改进的PDE中间速度模块，提高计算效率和稳定性，实现快速推理。
2026-03-17 cs.LG physics.flu-dyn
Vortex elongation in outer streaming flows
我们研究的二次时间平均流（流）所产生的振荡圆柱体浸没在流体中，在高振幅强迫，使惯性效应是显着的。这种流动被分解为粘性的边界层流动，在那里产生涡量，以及更大尺寸的外部流动。我们在相对低粘度的条件下操作，使得边界层小于物体直径。而对于低Keulegan-Carpenter数（KC）（足够小的振幅），外部流的大小通常是物体的大小，在这里，我们表明，在足够大的强迫，外部流沿振动方向拉伸高达8倍，而流动仍然保持其轴对称性。我们通过PIV测量在前所未有的频率和振幅范围内量化伸长，使流动雷诺数达到比统一大得多的值。在粘性边界层外没有明显的非定常涡量分量，以及伸长长度与流动雷诺数成比例的事实表明，拉伸应该是由于流动本身对定常涡量的对流。
2020-01-04 physics.flu-dyn
Numerical investigation of the formation and stability of homogeneous pairs of soft particles in inertial microfluidics
本文研究了微惯性作用下槽流中一对相同软胶囊的形成和稳定性。我们采用格子玻尔兹曼，有限元和浸没边界方法相结合来模拟流动中的弹性颗粒。验证测试表明，与其他研究小组获得的数值结果非常一致。我们的研究结果揭示了新的轨迹类型，尚未观察到的刚性粒子对。虽然颗粒柔软度增加了形成稳定对的可能性，但对稳定性由颗粒的横向位置决定。一个关键的发现是，稳定的轴向距离发生后，横向迁移的颗粒。在对形成的后期阶段，粒子经历与初始条件无关的阻尼振荡。这些阻尼振荡由颗粒动力学、颗粒惯性和粘性耗散的强流体动力学耦合驱动。虽然振荡的频率和阻尼系数取决于颗粒的柔软度，但对形成时间在很大程度上取决于初始颗粒位置：形成稳定对的时间随初始轴向距离呈指数增长。我们的研究结果表明，颗粒的柔软度对颗粒对的行为有很大的影响。这些发现可能对微流体应用产生重大影响，其中需要颗粒之间恒定且可靠的轴向距离，例如流式细胞术。
2021-08-11 physics.flu-dyn
Low-dimensional representation of fluid flows using proper orthogonal decomposition
流体绕钝体的流动是一个复杂的时间依赖性问题，它包含了很大的时间尺度和长度尺度。这种流动的固有正交分解（POD）的前几个本征模提供了对流动结构的重要洞察，并且可以形成某些湍流的低维表示的基础。本文采用直接强迫浸没边界法模拟任意形状障碍物产生的尾流。基于圆柱、翼型和旋翼尾流的POD分析，研究了任意固体障碍物的尾流动力学降阶模型（ROM）。对于低雷诺数的时间周期性流动，POD的ROM准确地捕捉到统计上有代表性的相干运动。对于高雷诺数的大气边界层绕流转子，POD提供了一个低维表示的相干运动的有意义的统计。POD为基础的ROM进行了分析的湍流通过转子在大气边界层，其中的流动是不是周期性的时间。
2021-11-08 physics.flu-dyn
Predicting different adhesive regimens of circulating particles at blood capillary walls
Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia（意大利理工大学基金会）；Politecnico di Bari（巴里理工大学）
本文提出结合格子玻尔兹曼浸入边界模型，用于预测循环粒子近壁动力学，通过分析粒子几何、表面配体密度等参数，识别四种粘附制度。
2018-08-04 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
SBoTFlow: A Scalable framework using lattice Boltzmann method and Topology-confined mesh refinement for moving-body applications
本文提出SBoTFlow，一种基于格子玻尔兹曼方法和拓扑限制网格细化的可扩展框架，用于模拟柔性运动物体，通过浸没边界方案准确捕捉高振幅和频率，适用于昆虫飞行等研究。
2024-02-07 physics.flu-dyn
Nonlocality of the slip length operator for scalar and momentum transport in turbulent flow over superhydrophobic surfaces
本研究针对超疏水表面湍流的标量与动量输运，采用宏观强迫方法对比两种边界条件，发现有限尺寸纹理下均匀化滑移长度存在显著非局域性，并验证了其对雷诺平均解的重要影响。
2025-01-25 physics.flu-dyn
The Response of an Elastic Splitter Plate Attached to a Cylinder to Laminar Pulsatile Flow
本文研究了层流脉动来流作用下圆柱尾部弹性分流板的流动诱导变形。圆柱体和弹性分流板包含在一个狭窄的通道内，雷诺数主要限制在Re = 100，主要覆盖二维流动状态。内部的流体-结构相互作用的代码进行模拟，耦合的流体动力学与有限元方法来处理结构动力学的尖锐界面浸没边界方法。结构求解器使用分区方法隐式（双向）与流求解器耦合。这种隐式耦合保证了低结构-流体密度比时的数值稳定性。随时间变化的板位移的功率谱分析表明，板振荡在一个以上的单一频率的脉动流入，相比稳定流入观察到的单一频率。对于前一种情况获得的多个频率可以通过施加的和板振荡信号之间的拍频来解释。在稳定流的情况下，板获得具有平台振幅的自持时间周期振荡，而脉动流入与诱导板振荡的叠加影响平台振幅。在特定模式下，板振荡与脉动流入的锁定发生在两倍于板固有频率的强制频率下，该模式取决于板长度。在锁定状态下，板位移和压阻均增大。量化了脉动流入导致的最大接骨板位移以及接骨板上的皮肤摩擦和压力阻力系数的百分比变化。简要讨论了平板的非线性动力学及其与脉动流的耦合。
2016-11-10 physics.flu-dyn
Direct Flow Simulations with Implicit Neural Representation of Complex Geometry
本研究提出将隐式神经表示与移位边界方法直接耦合的框架，无需网格生成即可对复杂几何进行高保真流体模拟，在多个基准和复杂形状上达到与传统网格方法相当的精度。
2025-07-09 cs.GR physics.flu-dyn
