Direct van der Waals simulation (DVS) of phase-transforming fluids
本文提出了直接范德华模拟（DVS）方法来研究具有汽液相变的流动。我们的方法是基于一种新的离散化的Navier-Stokes-Korteweg方程，耦合流动动力学与范德华的非平衡热力学理论的相变，并打开了一个机会，第一原理模拟范围广泛的沸腾和空化流动。所提出的算法使前所未有的模拟的Navier-Stokes-Korteweg方程，涉及空化流在强烈的下临界条件和$\mathcal{O}(10^5)$雷诺数。所提出的技术提供了一个途径，相变流动的基本理解与科学，工程和医学中的多种应用。
2022-12-05 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Dispersive dam-break flow of a photon fluid
我们利用纤维光学装置研究浅水溃坝现象的时间光子模拟。我们清楚地观察到阶梯状输入（光子坝）衰减成一对相反传播的稀疏波和色散冲击波。我们的研究结果表明，分散冲击到一个自空泡状态的临界过渡的证据。详细观察空化状态的动态允许一个完全定量的测试的Whitham调制理论适用于通用散焦非线性薛定谔方程。
2017-03-28 nlin.PS nlin.SI physics.flu-dyn
Hardware-Accelerated Phase-Averaging for Cavitating Bubbly Flows
Worcester Polytechnic Institute（伍斯特理工学院）；Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）
本文提出了一种用于声驱动稀疏气泡流的硬件加速相平均多尺度求解器，通过两种不同模型验证其性能，展示了在CPU和GPU上的高效计算和良好可扩展性。
2025-11-29 physics.flu-dyn
Conditional moment methods for polydisperse cavitating flows
空化气泡的动力学在许多流动中是重要的，但是它们的小尺寸和高数量密度常常妨碍直接的数值模拟。我们提出了一个计算模型，平均其对流量的影响在更大的时空尺度。该模型是基于解决一个广义人口平衡方程（PBE）的非线性气泡动力学，并明确表示泡半径和径向速度的演变概率密度。条件正交矩量法（QBEM）适用于解决这个PBE。一个单向耦合的气泡动力学问题证明了不同的QBtons的不断发展的气泡统计的功效。结果表明，强制双曲矩反演（CHyQdash）提供了可比的模型形式的精度，传统的条件矩方法，并降低了约10倍的计算成本，为广泛的测试用例。基于CHyQMOM的计算模型在MFC中实现，MFC是一种开源的多相和高阶精度的流动求解器。我们评估的模型和它的参数对双向耦合气泡幕流问题的影响。
2021-12-28 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A quantitative comparison of phase-averaged models for bubbly, cavitating flows
我们比较了两种建模方法的计算性能的稀空泡在液体中的流动。第一种方法是一个确定性的模型，其中气泡表示在拉格朗日框架平流功能，每个采样从平衡气泡大小的分布。通过局部体积平均来模拟与液相的动态耦合。第二种方法是随机的，系综相位平均是用来获得混合平均方程和场方程的相关气泡属性是在欧拉参考系。对于多分散的混合物，平衡气泡半径的概率密度函数离散化和气泡的性能，解决了每个代表仓。在这两种情况下，通过求解Rayleigh-Plesset-like方程的气泡动力学强迫的本地或混合物平均压力，分别关闭的方程。一个声激励稀气泡筛被用作比较的案例研究。我们发现，可观的合奏和体积平均模拟匹配密切，他们的收敛是一阶网格细化。通过比较各种方法的计算成本，建立了相位平均模拟的指导原则。的主要成本被证明是与随机关闭;多分散系综平均需要许多样本的基础PDF和体积平均需要重复，随机模拟，以准确地代表一个均匀的泡沫人口。这些成本的空间分辨率和气泡空隙率的相对敏感性。
2023-02-22 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Implicit Large Eddy Simulation of Cavitation in Micro Channel Flows
提出了一种可压缩两相流大涡模拟的数值方法。以阶梯形约束微通道内的流动为例，验证了该方法的有效性。该装置代表了喷油器中典型的空穴多相流，并遵循Iben等人的实验研究，2010.虽然在实验中使用的柴油样的测试燃料，我们解决了可压缩的纳维-斯托克斯方程与正压状态方程的水和蒸汽和一个简单的相变模型的基础上平衡的假设。我们的LES解决了所有的可压缩流体中的波动动力学和剪切层中的湍流产生。
2014-01-25 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Cavitation inception of a van der Waals fluid at a sack-wall obstacle
基于范德瓦尔斯状态方程，采用自由能格子Boltzmann方法对流过约束的液体中的空化现象进行了数值研究。流体流过障碍物，并且根据入口和出口之间的压降，观察到袋壁拐角下方的蒸汽形成。研究了空泡形成的条件，发现局部体压和平均应力不足以解释空泡形成的原因。在这项研究中得到的结果强烈表明，粘性应力，界面对局部压力的贡献，和拉普拉斯压力有关的蒸汽腔的开放。这可以通过包括这些贡献的约瑟夫标准的概括来描述。还进行了测量质量流率行为和流量系数的宏观研究。如理论预测的，质量流率随着压降的平方根线性地增加。然而，当空化发生时，质量流增长率降低，并最终崩溃成扼流状态。在空化区，理论预测和实验验证，流量系数的增长与Nurick空化数。
2016-05-02 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann method for fluid-structure interaction in compressible flow
我们提出了一个双向耦合流固耦合方案的刚体使用两个人口格子玻尔兹曼制定可压缩流。任意拉格朗日-欧拉公式的离散玻尔兹曼方程的贴体网格上使用的组合与多项式混合函数。混合函数方法局部化网格变形，并允许以最小的计算开销处理多个移动体。通过单柱和串联柱涡激振动的算例验证了该模型的正确性，表明该模型能够准确地描述这些系统的动力学行为。最后，在完全可压缩的制度，我们表明，该模型准确地捕捉复杂的现象，如跨音速颤振翼型。
2021-07-03 physics.flu-dyn
Immersed-Boundary Fluid-Structure Interaction of Membranes and Shells
本文提出一种将浸没边界法与壳有限元模型强耦合的通用流固耦合方法，通过从历史耦合变量构造逆雅可比近似以避免昂贵计算，并用大变形算例验证了拟牛顿格式的稳定性、精度与计算效率。
2023-08-12 physics.flu-dyn
An efficient mass-preserving interface-correction level set/ghost fluid method for droplet suspensions under depletion forces
针对微流控器件中胶体液滴的模拟问题，提出了一种考虑悬浮液滴间表面张力和损耗力的双流体系统的数值计算方法。该算法是基于一个有效的求解器的不可压缩两相纳维-斯托克斯方程，并使用质量守恒的水平集方法来捕捉流体界面。这里提出的四个新的成分，首先，一个接口校正水平集（ICLS）方法;全球质量守恒是通过执行一个额外的平流界面附近，通过局部求解代数方程，这是很容易实现的2D和3D的校正速度。其次，我们报告了一个二阶准确的几何估计的曲率在接口，第三，鬼流体方法与快速压力校正方法的结合，即使对于大密度对比度，使准确和快速的计算。最后，我们推导出一个流体动力学模型的表面活性剂胶束耗尽引起的相互作用力，并结合它与多水平集方法来研究吸引力的存在下液滴之间的短程相互作用。
2017-10-24 physics.flu-dyn
Wetting and pressure gradient performance in a lattice Boltzmann color gradient model
本研究比较了格子玻尔兹曼颜色梯度模型中两种润湿性方案和两种压力梯度实现，发现方案II在静态接触角模拟中更准，方案I在动态及压力边界条件下更优，并评估了其在砂岩驱替中的差异。
2024-09-19 physics.flu-dyn
Non-Newtonian viscous fluid models with learned rheology accurately reproduce Lagrangian sea ice simulations
Courant Institute of Mathematical Sciences, New York University（纽约大学柯朗数学科学研究所）
本研究通过结合机器学习和有限元方法，提出了一种基于学习的流变学模型，用于准确模拟海冰的非牛顿流体行为。
2026-01-27 physics.flu-dyn
Direct numerical simulation of variable surface tension flows using a Volume-of-Fluid method
我们开发了一个通用的方法，包括变量表面张力到基于流体体积的Navier-Stokes方程求解器。这个新的数值模型提供了一个强大的和准确的方法来计算表面梯度直接通过使用高度函数的界面上找到的切线方向。该实施方式适用于温度和浓度相关的表面张力，以及涉及流体及其周围环境之间的温度的大跳跃的设置，以及浓度应严格限制在流体域的情况，例如具有不同表面张力系数的流体的混合。我们证明了我们的方法的适用性，以不同的表面张力的气泡和聚结的滴的热毛细迁移。
2017-03-01 physics.flu-dyn
Modal analysis of a spinning disk in a dense fluid as a model for high head hydraulic turbines
特别是在高水头混流式水轮机和水泵水轮机中，转子-定子相互作用（RSI）是一个不可避免的激励源，需要准确预测。准确了解汽轮机动态特性，特别是转子固有频率随转速和周围水的附加质量的变化，对于评估潜在共振和由此产生的振动放大至关重要。在这些机器中，转轮冠和带以及顶盖和底环的盘状结构引起径向模式和模式分裂现象的出现，至今还没有有效的预测方法。完全耦合的流体-结构相互作用（FSI）的方法是太昂贵的计算，因此，我们寻求一个简化的建模工具，这些涡轮机的设计和预期寿命预测。我们提出了一种基于假设模态方法和势流理论的分析模态分析的发展，以及一种用于稠密流体中旋转圆盘的模态力计算流体动力学（CFD）方法。这两种方法都准确地预测了固有频率分裂以及固有频率漂移的7.9%的实验测量值。分析模型解释了如何模式分裂和漂移分别造成的线性和二次依赖的附加质量与弯曲波和流体旋转之间的相对圆周速度。
2020-03-17 physics.flu-dyn
Thermodynamically Admissible Diffuse Interface Model for Nanoscale Transport of Dense Fluids
Birla Institute of Technology and Science Pilani（比拉理工学院皮拉尼分校）；University of Victoria（维多利亚大学）
本文提出改进的扩散界面模型，通过引入高阶修正项和密度梯度依赖的粘度热导率，提升纳米尺度界面传输的模拟精度，适用于蒸发、热管理和液滴动力学研究。
2025-05-21 physics.flu-dyn
Lattice Boltzmann model for non-ideal compressible fluid dynamics
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）
本文提出一种新的 kinetic 模型及其格子玻尔兹曼实现，用于模拟非理想可压缩流体流动，通过 quasi-equilibrium 吸引器构造一致的修正项，确保正定和伽利略不变的纳维-斯托克斯耗散率，实现 Euler 和 Navier-Stokes 流体极限的准确再现。
2026-05-07 physics.flu-dyn
Verification of the Herschel-Bulkley Model by a Visualization Experiment of a Elastoviscoplastic Yield-Stress Fluid Flow in Straight and Bended Tubes
采用氢气泡显示方法研究了弹粘塑性屈服应力流体在水平直管和弯管中的流动。实验结果被用来验证经验Herschel-Bulkley模型。实验和理论研究都很好地预测了屈服应力流体的流动行为。结果表明，屈服应力、粘度和粘弹性是影响Herschel-Bulkley模型预测结果的重要因素。对于弯曲管道中的屈服应力流动，需要一个更精细的考虑粘弹性效应的本构模型来准确预测流动行为。
2019-03-25 physics.flu-dyn
Accurate calculation of Stokes drag for point-particle tracking in two-way coupled flows
在这项工作中，我们提出并测试了一种方法，用于计算斯托克斯阻力适用于粒子负载的流体流动的双向动量耦合是很重要的。在点粒子公式中，粒子动力学通过出现在相应动量方程中的源项耦合到流体动力学。当颗粒雷诺数较小时，颗粒直径小于流体尺度时，通常将动量耦合源项近似为Stokes阻力。斯托克斯拖曳力取决于在颗粒位置处评估的未扰动流体速度与颗粒速度之间的差异。然而，由于双向耦合，流体速度在颗粒附近相对于其未受干扰的值被修改。这导致在双向耦合点粒子模拟中计算的斯托克斯阻力被低估。我们开发的阻力误差作为相对于网格大小的颗粒大小的函数的估计。然后，我们开发了一种校正方法，估计未受干扰的流体速度从计算的扰动速度场。校正方案进行测试，否则静止的流体中的颗粒沉降，并发现减少计算沉降速度的误差由一个数量级相比，常见的插值方案。
2015-09-24 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Accurate iteration-free mixed-stabilised formulation for laminar incompressible Navier-Stokes: Applications to fluid-structure interaction
稳定化混合速度-压力列式是计算层流不可压Navier-Stokes方程数值解的常用有限元格式之一。在这些公式中，Newton-Raphson格式被用来解决对流项中的非线性。这种方法的一个基本问题是在每个负载/时间步长的Newton-Raphson迭代中产生的计算成本。在本文中，我们提出了一个迭代自由混合有限元制定不可压缩Navier-Stokes方程，保持二阶时间精度的广义α和相关计划的速度和压力场。首先，我们证明了二阶时间精度使用数值收敛研究的一个例子与制造的解决方案。随后，我们通过研究流过固定圆柱体的基准示例来评估所提出的方案的精度和计算效益。为了在更广泛的背景下展示所提出的技术的适用性，还考虑了用于没有稳定化的制剂的inf-sup稳定P2-P1对。最后，所产生的好处，使用所提出的方案的流体-结构相互作用问题的说明使用两个基准的例子在流体-柔性结构相互作用。
2020-06-17 cs.CE physics.flu-dyn
Generative AI for fast and accurate statistical computation of fluids
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；University of Vienna（维也纳大学）；ETH AI Center（ETH人工智能中心）；Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）；Google Research（谷歌研究部门）
提出基于条件 score-based diffusion model 的生成式 AI 算法 GenCFD，用于三维湍流的快速准确统计计算，能高效生成高质量样本且保持优异频谱分辨率，并从理论上揭示了其准确生成流体流的机制。
2025-02-03 cs.LG cs.NA math.NA
WellPINN: Accurate Well Representation for Transient Fluid Pressure Diffusion in Subsurface Reservoirs with Physics-Informed Neural Networks
Global Change Research Group (GCRG), IMEDEA, CSIC-UIB（全球变化研究组（GCRG），IMEDEA，CSIC-UIB）
提出WellPINN工作流，通过多阶段顺序训练物理信息神经网络（PINNs）并逐步缩小等效井半径，解决了现有PINN方法在注入早期井附近压力捕捉不准的问题，实现了全注入周期内由泵注速率精确推断流体压力。
2025-07-12 cs.LG physics.comp-ph physics.flu-dyn
A two-sided subgrid-scale model for mass transfer across fluid interfaces
TU Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；University of Zagreb（萨格勒布大学）
提出一种双侧子格距模型用于流体界面的共轭质量传递，解决高局部Péclet数下的薄边界层问题。
2025-11-26 physics.comp-ph physics.flu-dyn
An inverse analysis of fluid flow through granular media using differentiable lattice Boltzmann method
本文提出基于自动微分的可微分 LBM，并以 Taichi 实现 GPU 端到端反演，可由稳态速度场估计边界条件、渗透率和流体黏度。
2023-10-01 physics.flu-dyn physics.geo-ph
A general velocity correction scheme for two-way coupled point-particle simulations
在含颗粒流体流动模拟中采用的欧拉-拉格朗日点粒子模型的准确性取决于通过闭合模型对颗粒力的准确估计。典型的力闭合模型需要计算颗粒位置处的滑移速度，这又需要准确估计未扰动流体速度。然而，当流体和颗粒相是双向耦合的流体速度场被颗粒的存在所干扰。通常的做法是使用扰动速度来计算颗粒力，这可能导致预测颗粒动力学的误差高达100%。在这项工作中，一个通用的速度校正方案的开发，有利于准确估计的未受干扰的流体速度在颗粒负载的流体流动和无滑壁。该模型可以处理不同尺寸的颗粒，任意插值函数，具有大纵横比的各向异性网格，以及有壁流动。本修正方案的动机是Esmaily和Horwitz（JCP，2018）最近对无界颗粒流的研究。壁有界的流动所需的修改开发，以便在任何壁距离的不受干扰的流体速度准确地恢复，渐近接近无界计划远离墙壁的颗粒。详细的一系列验证试验进行了平行和垂直运动的颗粒的无滑移壁的沉降速度。一系列的流动参数和网格配置，涉及各向异性网格的纵横比通常遇到的颗粒负载的湍流槽道流，被详细考虑。当考虑壁面效应时，与无界修正方案相比，本修正方案将预测近壁粒子运动的误差减小了一个数量级。
2020-04-11 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Efficient kinetic method for fluid simulation beyond the Navier-Stokes equation
我们对Shan等人（2006）的格子玻尔兹曼方法的基于动力学理论的公式提出了进一步的理论扩展。除了平衡分布函数的高阶投影和原公式中足够精确的Gauss-Hermite求积外，本文还引入了一种新的正则化方法。这个过程确保了一个一致的顺序的精度控制的非平衡贡献的Galerkin意义。使用这个配方，我们构建了一个特定的格子玻尔兹曼模型，准确地结合了三阶流体动力学矩。数值结果表明，该扩展模型克服了传统格子Boltzmann模型的一些主要缺陷，能够更好地定量模拟有限Knudsen数（Kn）下的流体流动.从力驱动Poiffille流模拟的结果预测的努森的最小值和渐近行为的流量在大Kn。
2006-10-25 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Computing Curvature for Volume of Fluid Methods using Machine Learning
尽管取得了相当大的进展，计算流体体积（VOF）方法的曲率仍然是一个挑战。我们的目标是开发一个函数或子程序，返回的曲率在计算单元包含一个界面分离两个不混溶的流体，给定的体积分数在细胞和相邻的细胞。目前，最精确的方法是拟合曲线（2D）或曲面（3D），匹配体积分数并通过微分找到曲率。在这里，一个不同的方法进行审查。使用定义良好的形状生成将曲率与体积分数相关联的合成数据集，其中曲率和体积分数很容易找到，然后使用机器学习来拟合数据（训练）。所得到的函数用于找到未用于训练的形状的曲率，并将其实现为代码以跟踪移动界面。结果表明，使用机器学习来生成关系是一种可行的方法，可以得到相当准确的预测。
2018-07-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Data-driven modeling of multiscale phenomena with applications to fluid turbulence
School of Physics, Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院物理学院）；Department of Mathematics, University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校数学系）
本文提出了一种新型数据驱动框架，用于构建准确且通用的多尺度现象等价模型，无需依赖特定物理假设。通过不可压缩流体湍流示例，推导出包含显式可解释演化方程的有效场论，能够准确描述小尺度对大尺度的影响，包括反散射现象。
2026-04-14 physics.comp-ph physics.flu-dyn
An accurate finite element method for the numerical solution of isothermal and incompressible flow of viscous fluid
Technische Universität Berlin（柏林工业大学）
本文提出了一种无需稳定化或分裂方案的通用方法，用于求解粘性流体流动问题，通过平衡方程直接求解，提高了计算的准确性和鲁棒性，适用于多物理场应用。
2018-12-08 cs.CE cs.NA math.NA
On a relation between the volume of fluid, level-set and phase field interface models
本文讨论了Waclawczyk [J.Comp.Phys.，299，（2015）]和由修正的Allen-Cahn方程的稳态解提供的相平衡的条件[Acta Metall.，27，（1979）]。因此，在相平衡状态下的非平坦界面的统计模型被假定。基于随机力场扰动下锐界面的统计图像，提出了一种新的非平坦界面物理模型，给出了锐界面模型与扩散界面模型之间的关系。此外，提出了精确求解模型方程所需的新技术。首先，它示出，约束插值提高重新初始化的水平集函数，因为它避免了振荡的数值误差典型的二阶精确插值方案。其次，提出了一种新的半解析的二阶精度拉格朗日格式，在时间上积分平流方程，避免了二阶精度通量限制器引入的界面曲率振荡。这些技术提供了在对流和重新初始化处于相平衡状态的界面期间获得完全的二阶收敛的手段。
2017-08-05 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Accurate lubrication corrections for spherical and non-spherical particles in discretized fluid simulations
离散流体求解器耦合到牛顿动力学方法是一种流行的工具来研究悬浮液流动。作为具有有限分辨率的任何模拟技术，格子玻尔兹曼方法在使用动量交换方法耦合到离散粒子时，仅不充分地解决接近接触的表面之间的发散润滑相互作用。对于球体，通常的做法是通过显式修正项来说明表面法向润滑力。一种方法，另外涵盖了所有进一步的奇异相互作用的领域是目前在文献中，以及一个基于链接的方法，允许更一般的形状，但不捕捉非正常的相互作用正确。在本文中，晶格无关的非球面颗粒的润滑校正概述，考虑到所有领先的发散相互作用项。一个有效的实现任意的球体，并比较纯粹的正常和基于链接的模型。与Stokesian动力学模拟结果一致，非法向相互作用在体积分数Φ>= 0.3时影响球形悬浮液的粘度，而在体积分数Φ>= 0.2时影响球形悬浮液的粘度。关于球体的剪切诱导扩散，在0.1 <= Φ<= 0.5处发现了明显的效果，即使将半径的分辨率增加到8个晶格单元也不能代替非正常相互作用的精确建模。
2013-08-29 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
Enhanced numerical models for two-component fluid flow in multiscale porous structures
Simulia R&D, Dassault Systèmes Americas Corp.（达索系统美洲公司 Simulia 研发部）
本研究提出增强的多尺度多组分流体流动模型，通过可控表面张力和张量电阻率模型提升界面动力学和异质结构解析度。
2025-12-25 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Learning Lagrangian Fluid Mechanics with E($3$)-Equivariant Graph Neural Networks
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Microsoft Research AI4Science（微软研究院AI4Science）
本文研究E(3)-等变图神经网络在拉格朗日流体力学中的应用，通过在三维衰减Taylor-Green涡旋和三维反向Poiseuille流上的基准测试，证明所提出的物理历史嵌入方法能使等变模型学习到比非等变模型更精确的动态交互。
2023-05-24 cs.LG physics.flu-dyn
E($3$) Equivariant Graph Neural Networks for Particle-Based Fluid Mechanics
Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）；Microsoft Research（微软研究院）
本文证明在3D衰减Taylor-Green涡旋和3D反向Poiseuille流基准上，等变图神经网络比非等变模型能学习物理上更准确的动态交互，为湍流粗粒化建模与跨系统泛化提供了新机遇。
2023-03-31 cs.LG physics.flu-dyn
Fully Coupled Implicit Hydro-Mechanical Multiphase Flow Simulation in Deformable Porous Media Using DEM
针对传统耦合离散元法在多相流模拟中压力预测不准、效率低的问题，提出结合隐式有限体积法、压力-体积迭代与流锋自适应步长的双向耦合DEM模型，经基准实验验证，可从颗粒尺度揭示多相流微观机制。
2025-07-31 physics.flu-dyn physics.geo-ph
A finite element method to compute the damping rate and frequency of oscillating fluids inside microfluidic nozzles
针对低黏度高表面张力自由表面振荡流体阻尼率计算难、CFD模拟成本高的问题，提出一种考虑黏度与表面张力的有限元方法，可快速准确得到阻尼最小振荡模式的特性，适用于微流控喷嘴原型设计循环。
2024-12-10 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Very high-order accurate finite volume scheme for the streamfunction-vorticity formulation of incompressible fluid flows with polygonal meshes on arbitrary curved boundaries
本文针对二维不可压缩Navier-Stokes方程的流函数-涡量形式，提出一种适用于任意曲边界和多边形网格的高阶精度有限体积格式，通过off-site data重建方法避免曲网格生成困难，并验证了其极高阶收敛性。
2025-06-05 math-ph math.MP physics.flu-dyn
A framework for computing effective boundary conditions at the interface between free fluid and a porous medium
从经验或ad-hoc模型确定的界面边界条件仍然是模拟多孔介质上流体流动的标准方法，即使在多孔介质的拓扑结构已知的情况下。我们提出了一个非经验的和准确的方法来计算有效的边界条件之间的多孔表面和上覆流的界面。利用多尺度展开（均匀化）方法，我们得到了Beavers和Joseph（1967）提出的经验条件的张量推广形式。通过在包含自由流和多孔介质的界面附近的一个小的计算域中求解一组Stokes方程，获得了确定界面处的有效滑移速度的张量的分量。使用盖驱动的空腔流与多孔床，我们证明了推导出的边界条件是准确和强大的比较有效的模型直接数值模拟。最后，我们提供了一个开放的源代码，解决了微尺度问题，并计算速度边界条件没有自由参数的任何多孔床。
2016-11-08 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Physics-informed data-driven inference of an interpretable equivariant LES model of two-dimensional incompressible fluid turbulence
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
本文提出了一种无需假设的亚格尺度模型，通过数据驱动方法在湍流模拟中实现高精度预测，其结构更接近RANS模型，利用二阶张量场提升预测准确性。
2026-10-20 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A comparative study of fluid-particle coupling methods for fully resolved lattice Boltzmann simulations
颗粒系统的直接数值模拟提供了一种独特的方法来研究流体-固体悬浮液的动力学，完全解决了淹没的颗粒，而无需引入经验模型。对于格子玻尔兹曼方法，存在不同的变体以将流体-粒子相互作用纳入模拟中。本文对两种不同的方法，即动量交换法和Noble和Torczynski的部分饱和单元法进行了详细和系统的比较。每种方法的三个子变量中使用的基准场景中的一个单一的重球沉降在周围的流体中，研究其特性和精度的颗粒雷诺数从185到365。球体必须用每个直径至少24个计算单元来分辨，以实现低于5%的速度误差。动量交换法被发现是更准确地预测流向的速度分量，而部分饱和细胞的方法是更准确的展向分量。研究表明，分辨率的选择应考虑耦合动力学，而不仅仅是基于流动特性，以避免流体-颗粒相互作用中的大误差。
2017-02-16 cs.CE physics.comp-ph physics.flu-dyn
A High-Order Accurate Meshless Method for Solution of Incompressible Fluid Flow Problems
径向基函数（RBF）无网格求解微分方程是一种常用的基于网格的方法。由于无网格方法不需要控制体或单元形式的底层连通性，因此消除了对精度产生不利影响的网格偏斜等问题。Gaussian、Multiquadrics和Inverse Multiquadrics是用于流体流动和传热问题解决方案的一些最流行的径向基函数。但是它们有额外的形状参数，必须为了精确性和稳定性而进行微调。此外，当为了精度而增加点密度时，它们也面临停滞误差。最近，多谐波样条（PHS）与附加多项式已被证明可以解决上述问题，并给出快速收敛的离散化误差与附加多项式的次数。在本研究中，我们将PHS-RBF方法推广到求解不可压Navier-斯托克斯方程。将带有显式对流项和显式扩散项的分步法与压力泊松方程相结合，以满足动量和连续性方程。对五个模型问题进行了系统的收敛性检验，其中两个具有解析解。我们证明了快速收敛与细化的点数和程度的附加多项式。将该方法应用于求解盖驱动空腔和圆柱涡脱落等问题。我们还分析了这种方法的性能的解决方案的欧拉方程。所提出的方法显示出解决流体流动和传热问题在复杂的区域具有高精度的承诺。
2021-07-31 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Adaptive Mesh Refinement for Two-Phase Viscoelastic Fluid Mixture Models
针对两相黏弹性流体多相流模型的数值计算难题，提出基于自适应网格细化与多重网格预处理的高效求解方法，达二阶精度且迭代与网格无关，最高实现十倍加速。
2025-08-01 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
A stable and accurate scheme for solving the Stefan problem coupled with natural convection using the Immersed Boundary Smooth Extension method
固体的溶解创造了壮观的地貌，从厘米级的洞穴扇贝到中国和马达加斯加的更大规模的“石林”。在数学上，溶解过程由Stefan问题建模，Stefan问题描述了相分离界面的运动如何取决于局部浓度梯度，耦合到流体流动。模拟这些问题是具有挑战性的，需要一个自由的界面，其运动取决于一个不断变化的域中的外部场的正常衍生物的演变。此外，在流体域中产生的密度差异诱导自生对流流动，进一步复杂化溶解过程的数值研究。在这方面的贡献，我们提出了一个数值方法模拟的Stefan问题耦合到流体流动。该方案使用浸没边界光滑延拓方法来求解复杂的演化几何中的体对流扩散和流体方程，并耦合到提供边界稳定演化的θ-L方案。我们证明了三阶时间和逐点空间收敛的经典Stefan问题的计划，和二阶时间和逐点空间收敛时，耦合到流。溶解固体，导致高瑞利数对流的例子进行了数值研究，并定性重现在最近的实验中观察到的复杂形态。
2021-01-28 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Voltage-Induced Buckling of Dielectric Films using Fluid Electrodes
对微流体通道内不同流动的精确和可集成控制对于进一步开发芯片实验室和完全集成的自适应结构至关重要。在这里，我们介绍了一个灵活的微致动器，在一个高的变形率，并改变下游的流体流动。微致动器由一个封闭的，薄的，介电膜，当暴露于通过导电流体电极提供的电压时，介电膜进入微流体通道。我们估计的临界屈曲电压，并表征屈曲形状的致动器。最后，我们研究了频率，流量和压差对屈曲结构和流体流动的影响。这些结果表明，使用流体电极的嵌入式微结构的电压诱导屈曲提供了一种用于高速衰减微流体流的手段。
2016-01-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.flu-dyn
Consistency and Convergence of a High Order Accurate Meshless Method for Solution of Incompressible Fluid Flows
计算具有速度边界条件的不可压缩流动需要求解具有所有Neumann边界条件的压力泊松方程。这种泊松方程的离散化导致系数的秩亏系数矩阵。当使用诸如有限差分、有限元或谱方案的非保守离散化方法时，这样的矩阵还产生不一致性，其使得迭代解中的残差在取决于离散化方案的空间分辨率和阶数的阈值水平处饱和。在本文中，我们研究了不一致的高阶无网格离散格式，适合于解决方程的复杂区域。高阶无网格法采用附加多项式的多调和样条径向基函数（PHS-RBF）插值散乱数据，通过配点法构造离散方程。PHS-RBF通过增加附加多项式的次数来提供改变离散化阶数的灵活性。在这项研究中，我们研究了不同的空间分辨率和不同程度的附加多项式的不一致性的收敛性，通过求解泊松方程的制造解决方案，以及Navier-斯托克斯方程的几个流体流动。我们观察到的不一致性降低速度比最终解决方案中的错误，并最终成为消失小足够的空间分辨率。观察到不一致的收敛速率类似于或优于离散化误差的收敛速率。这一有益的观察使得不必通过固定平均压力或任意点处的压力来正则化泊松方程。一个单点求解器，如SOR被认为是良好的收敛，虽然它可以进一步加速使用多层方法。
2022-02-06 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Real-Time Maps of Fluid Flow Fields in Porous Biomaterials
机械力如流体剪切力已被证明可增强细胞生长和分化，但其对细胞的机械作用的知识是有限的，因为局部流动模式和相关的度量并不精确。在这里，我们提出了实时的，非侵入性的措施，在三维生物材料的基础上，核磁共振的局部流体力学。微流图被进一步用于导出压力、剪切和流体渗透率场。最后，胶原蛋白凝胶响应精确的流体流动参数的重塑与结构变化相关。预计3D矩阵内的准确流动图将是理解细胞响应受控流动动力学行为的关键一步。
2013-01-13 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Using a deep neural network to predict the motion of under-resolved triangular rigid bodies in an incompressible flow
我们认为非球形刚体颗粒在不可压缩流体中的政权，颗粒太大，假设他们只是运输与流体没有回耦合，颗粒也太小，使完全解决直接数值模拟可行。由于灵活和精确的几何处理以及允许几何拓扑变化，具有鬼罚稳定的不拟合有限元方法非常适合于这种设置所引起的流体-结构-相互作用问题。在这里提出的计算下解决设置，精确计算的力量，其边界积分公式是不可行的。此外，由于粒子的形状，无法获得分析定律。然而，力的精确值对于粒子的真实运动是必不可少的。为了准确地获得这些力，我们使用来自原型解析模拟的数据训练人工深度神经网络。然后，该网络能够基于在欠分辨设置中可以准确获得的信息来预测力值。因此，我们得到的力非常粗糙和欠分辨率的网格，平均一个数量级更准确的直接边界积分计算相比，从纳维尔-斯托克斯解，导致固体运动的高分辨率网格上获得的，这将大大增加模拟成本。
2021-06-10 cs.NA math.NA physics.comp-ph
