A second-order diffusive-interface immersed boundary method for incompressible flow with phase change and moving interfaces
State Key Laboratory for Turbulence and Complex Systems, Department of Mechanics and Engineering Science, College of Engineering, Peking University（北京大学工学院力学与工程科学系湍流与复杂系统国家重点实验室）；Department of Mechatronics Engineering, Morgan State University（摩根州立大学机电工程系）；Department of Mechanical Engineering, Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学机械工程系）
提出一种平滑扩展策略，通过外推标量场恢复界面附近二阶空间精度，解决传统扩散界面浸入边界法在相变边界处降为一阶的问题，并验证于一维蒸发沸腾及自泳运动问题。
2026-07-03 physics.flu-dyn
An Immersed Interface Method for Incompressible Flows and Near Contact
University of North Carolina, Chapel Hill（北卡罗来纳大学教堂山分校）
本文提出改进的浸入界面法，用于模拟紧密排列浸入边界间不可压缩流体流动，通过双线性速度插值算子提升界面和欧拉速度精度，无需先知界面方向或几何信息。
2026-03-15 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Conservative and skew-symmetric forms of the incompressible Navier-Stokes equations in sigma-coordinates
Department of Civil Engineering and Engineering Mechanics, Columbia University（哥伦比亚大学土木与工程力学系）
本文推导了在地形跟随的σ坐标系中不可压缩流体方程的守恒与反对称形式，保持了笛卡尔形式的关键结构属性，避免了传统方法中度量诱导项对 governing 方程内在结构的破坏。
2026-04-23 physics.flu-dyn
Velocity relaxation of a porous sphere immersed in a viscous incompressible fluid
本文从线性化的纳维-斯托克斯方程出发，引入Darcy型阻力项，研究了球对称聚合物在粘性不可压缩流体中，受到突然小脉冲或突然扭转后的速度松弛问题。对于均匀的可渗透球体，导出了聚合物的平移和旋转速度弛豫函数以及流体流型的显式表达式。令人惊讶的是，发现附加质量消失了。对于相当大的值的球体半径的屏蔽长度的比值表征渗透率的速度松弛函数在短时间和中间的时间制度显着不同的球体与无滑移边界条件。在长时间的松弛函数表现出普遍的幂律行为。
2013-12-22 cond-mat.soft physics.flu-dyn
A Cartesian-octree adaptive front-tracking solver for immersed biological capsules in large complex domains
我们提出了一个开源的自适应前沿跟踪求解器的生物胶囊在粘性流。膜的弹性和弯曲力的拉格朗日三角形上使用线性有限元法和抛物面拟合方法来解决。使用开源平台Basilisk在八叉树自适应网格上求解流体流动。拉格朗日网格和欧拉网格通过Peskin正则化狄拉克δ函数使用浸没边界方法进行通信。我们证明了我们的求解器的准确性与广泛的验证：在斯托克斯条件下对边界积分法，并在存在惯性对类似的（但不是自适应的）前跟踪求解器。优秀的定性和定量协议。然后，我们证明了本求解器在极端膜变形的具有挑战性的情况下的鲁棒性，并说明了其模拟复杂STL定义的几何形状中的惯性胶囊负载流的能力，为具有大型三维通道结构的生物工程应用打开了大门。本文提供的源代码和所有测试用例都是免费提供的。
2022-11-28 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Deep learning accelerated solutions of incompressible Navier-Stokes equations on non-uniform Cartesian grids
State Key Laboratory of Fluid Power and Mechatronic Systems, Department of Engineering Mechanics, Zhejiang University（浙江大学工程力学系流体动力与机电系统国家重点实验室）；China Ship Scientific Research Center（中国船舶科学研究中心）；Institute of Cyber-Systems and Control, College of Control Science and Engineering, Zhejiang University（浙江大学控制科学与工程学院网络控制系统研究所）
本文提出基于Mesh-Conv操作符改进的HyDEA方法，用于非均匀笛卡尔网格上求解不可压缩纳维-斯托克斯方程，通过局部网格细化提升复杂流场边界解析能力，实验表明该方法在强非均匀网格上收敛性能优于传统方法。
2026-07-08 physics.flu-dyn
A coarse-grid projection method for accelerating incompressible flow computations
提出了一种用于加速不可压缩流计算的粗网格投影（CGP）方法，该方法适用于以泊松方程为不可压缩约束的方法。CGP方法是一种模块化方法，通过简单的插值促进数据传输，并在流量求解器中使用泊松和对流扩散方程的黑盒求解器。在粗化网格上求解泊松方程后，采用插值方法获得精细数据，以便在全网格上进行时间步进。一个特定的版本的方法是适用于这里的涡流函数，原始变量，涡速度配方不可压缩的纳维-斯托克斯方程。我们计算几个基准流问题的二维笛卡尔和非笛卡尔网格，以及三维流动问题。该方法被发现，以加速这些计算，同时保持接近的精度水平的精细分辨率的字段，这是显着优于单独使用粗网格进行类似的计算获得的精度。一个线性加速率，我们认为由于使用的线性成本椭圆泊松求解器的所有情况下，计算时间的减少因子在2和42之间。当使用次优泊松求解器时，计算节省更大。我们还发现，计算节省增加非笛卡尔网格上的畸变比，使CGP方法加速广义曲线不可压缩流求解器的有用工具。
2012-12-05 physics.flu-dyn
A fourth order sharp immersed method for the incompressible Navier-Stokes equations with stationary and moving boundaries and interfaces
本文提出一种基于浸入界面方法的四阶Navier-Stokes求解器，结合Runge-Kutta投影法和五阶IIM对流项离散，在静止与运动边界流动问题中实现速度与压力的四阶收敛，并验证了其在多物理场耦合问题中的适用性与高效性。
2025-08-20 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A Conservative Cartesian Cut Cell Method for the Solution of the Incompressible Navier-Stokes Equations on Staggered Meshes
在计算流体动力学应用中，复杂几何体的处理是一项具有挑战性的工作，浸入边界和切割单元技术可以大大简化贴体网格的划分过程。然而，这些方法引入了新的挑战，因为精确和适定的离散算子的制定变得不平凡。本文提出了一种在交错直角坐标网格上求解不可压纳维-斯托克斯方程的守恒型直角坐标割元法。重点是离散算子的结构，旨在模仿连续算子的性质，同时保留最近邻模板。对于对流运输，提出了一个发散，并显示也是斜对称的，只要满足无发散条件，确保质量，动量和动能守恒（后者在无粘极限）。对于粘性输运，提出了Dirichlet边界条件的保守和对称算子。对称性确保了离散动能预算中汇项（粘性耗散）的存在，这有利于稳定性。切割单元离散化具有非常理想的部分求和（SBP）属性。此外，它是完全保守的，数学上可证明稳定的，并支持任意几何形状。该方法的准确性和鲁棒性，然后证明与流动过去的圆柱和翼型。
2022-11-19 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Binarized octree generation for Cartesian adaptive mesh refinement around immersed geometries
我们重新审视平衡八叉树的自适应网格细化（AMR）的笛卡尔域浸没复杂的几何形状的生成。在最近的一个简短的说明[Hasbestan和Senocak，J.计算。351：473-477（2017）]，我们表明，由于哈希表中的潜在冲突，哈希线性八叉树生成方法中的Z阶曲线的数据局部性可能不是完美的。在此基础上，我们提出了一种完全符合Z阶曲线的二值化八叉树生成方法。与散列线性八叉树生成方法类似，我们使用Morton编码来索引八叉树的节点，但使用红黑树代替哈希表。红黑树是一种特殊的二叉树，我们使用它来插入和删除网格自适应过程中的元素。通过严格使用八叉树的按位表示，我们消除了单个处理器上适应深度的计算机硬件限制。此外，我们还介绍了一种几何编码技术，用于快速标记的立体几何细化。我们的结果与不同层次的适应几个几何形状表明，二进制八叉树生成优于线性八叉树生成的运行时性能的代价，只有轻微的增加内存使用。我们以开源软件的形式提供当前的AMR功能。
2017-12-01 cs.CE physics.comp-ph physics.flu-dyn
A ghost-cell immersed boundary method for the shallow water equations on Cartesian grids: mass conservation and wetting and drying over variable topography
本文提出一种笛卡尔网格上浅水方程的虚拟单元浸入边界法，通过双线性插值虚拟值、重归一化权重及切割单元形式连续性方程实现质量守恒，可处理可变地形干湿过程，精度相当且避免全切割单元法的复杂动量方程处理。
2026-10-14 cs.NA math.NA physics.comp-ph
A Level-Set Immersed Boundary Method for Incompressible Flows at Subcritical Reynolds Numbers
本文采用基于水平集浸没边界法的数值方法，对亚临界流态下串列双圆柱绕流进行了数值模拟。考虑从$2$到$4$的三个不同的间距比$\ell/\mathcal{D}$（其中$\ell$是两个圆柱体之间的中心到中心的距离，$\mathcal{D}$是圆柱体的直径）。在雷诺数为$\mathcal{R}\mathfrak{e}=2.2\times 10^4$的条件下，分析了串列双圆柱的瞬时流场结构、压力分布和水动力。该策略是基于窄带精确保守水平集方法和鬼流体框架的组合。在这种策略中，接口被定义为双曲正切函数的等值线，这是平流的流体，然后定期整形，以强制执行退化的水平集函数是一个有符号的距离函数使用的重新初始化方程的基础上改进的形式。后一种方法利用了到经典距离水平集的映射，同时更好地保持了界面形状。
2022-06-06 physics.comp-ph 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
A fully pressure-velocity coupled immersed boundary method based on the Lagrange multiplier approach
本文提出了一种新的浸入边界法，它便于精确模拟浸入体周围的不可压缩等温和自然对流流动，并可应用于流动的精确线性稳定性分析。该方法是基于完全压力-速度耦合的方法，隐式地满足发散自由速度约束，而不需要额外的投影校正步骤，这是一个显着的优势的计算效率。该方法将压力，边界力和热源作为拉格朗日乘子，从而隐式地提供了无滑移的运动约束和相应的热浸没表面的边界条件。广泛的验证开发的等温和自然对流流动的方法。
2015-12-16 physics.flu-dyn
An Analytical Framework for Imposition of a Rigid Immersed Surface on the Incompressible Navier--Stokes Equations
Mechanical and Aerospace Engineering Department, Science and Research Branch, Azad University (IAU), Tehran, Iran（伊斯兰阿扎德大学科学研究中心机械与航空航天工程系）
本文提出一种分析框架，通过引入任意时间膨胀，推导出包含惩罚项的修正纳维-斯托克斯方程，用于精确施加刚性固体表面。
2014-12-16 cs.NA math.NA 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
The Numerical Simulation of Ship Waves Using Cartesian-Grid and Volume-of-Fluid Methods
笛卡尔网格法与浸入体法和流体体积法相结合，非常适合于模拟船舶周围的破碎波。船体的表面嵌板被用作输入，以施加体边界条件上的三维carbohydrate网格。数值算法的流体体积部分用于捕获自由表面界面，包括波浪的破碎。数值格式在并行计算机上实现。各种数值问题进行了讨论，包括实施出口边界条件，保存质量使用一种新的regridding算法，提高分辨率，通过使用拉伸网格，最大限度地减少初始瞬变，并强制船体边界条件carbohydrates网格。数值预测与船模的实验测量进行了比较，船模包括5415型和5365型（雅典娜）。使用一个起伏的球向前移动的速度来说明模型强制运动的能力。
2014-10-07 physics.flu-dyn
High-order immersed boundary method for subsonic aeroacoustics and compressible Navier-Stokes equationsHigh-order immersed boundary method for subsonic aeroacoustics and compressible Navier-Stokes equations
Institut PPRIME, CNRS-Université de Poitiers-ENSMA（普里梅研究所，法国国家科学研究中心-普瓦捷大学-国立高等航空航天学院）
本文提出一种基于高阶格式和鬼点法的新型离散鬼点浸没边界方法，用于求解亚声速气动声学和可压缩Navier-Stokes方程，并通过圆柱绕流等算例验证了其有效性。
2026-09-22 physics.flu-dyn
An immersed-boundary method for compressible viscous flow and its application in gas-kinetic BGK scheme
提出了一种浸入边界（IB）方法，并将其应用于气体动力学BGK格式中，模拟具有静止/运动边界的不可压缩/可压缩粘性流动。本文采用虚胞技术来实现浸没边界上的边界条件。提出了一种新的“局部边界确定”的思想来识别鬼细胞，每个鬼细胞可能具有多个不同的鬼细胞结构，对应于不同的边界段，从而消除了鬼细胞的奇异性。此外，所谓的“新鲜细胞”的问题时，实现移动边界模拟的IB方法解决了一个简单的时间外推。将该方法首次应用于气体动力学BGK格式中，模拟Taylor-Couette流动，验证了该方法的二阶空间精度，并观察到BGK格式的“超收敛性”。然后通过超声速定常圆柱绕流、不可压缩振荡圆柱绕流和可压缩运动翼型绕流的算例，验证了本文方法模拟可压缩流动和处理运动边界的能力。
2016-11-04 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Simulating incompressible flows over complex geometries using the shifted boundary method with incomplete adaptive octree meshes
本研究将移位边界法（SBM）扩展至浸入式八叉树网格场景，通过构建高效的最优近似代理边界，实现了无需边界拟合网格的复杂几何不可压缩流动模拟，经基准测试验证该方法鲁棒、准确且高效。
2024-12-11 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
An immersed boundary method for solving compressible flow with arbitrarily irregular and moving geometry
在本文中，一种新的浸入边界方法的开发，验证和应用。通过设计一个二阶三步流动重建方案，所提出的方法是能够执行狄利克雷，诺依曼，罗宾，柯西边界条件，在一个简单的和一致的方式。配备了流固耦合框架，集成了高阶时间和空间离散格式，数值实验涉及流动涉及静止和运动的物体，凸和凹的几何形状，无滑移和滑移壁边界条件，以及亚音速和超音速运动进行验证的方法。结果表明，该方法可以提供有效的，准确的，和强大的边界处理解决流动与任意不规则和运动的几何形状在笛卡尔网格。
2018-04-18 physics.comp-ph 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
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 Computational Approach for Multi-Body Potential-Flow Interaction Effects Using Matrix-Free FEM and Body-Conforming Grids
本文提出一种基于矩阵自由FEM和适配网格的计算方法，用于高效预测多体势流相互作用，量化复杂浸没体系统中的流体干扰效应。
2025-12-13 physics.flu-dyn
An Alternative Method to Implement Contact Angle Boundary Condition on Immersed Surfaces for Phase-Field Simulations
在本文中，我们提出了一种替代方法来实现接触角的浸入表面上的相场模拟的两相流使用的Cahn-Hilliard方程在笛卡尔网格的边界条件。这种简单而有效的方法的灵感来自以前的作品的润湿边界条件的几何制定。在二维情况下，充分利用序参量的双曲正切分布，我们能够从流体中仅一点的信息获得其在鬼点处的未知值。这是在与以前的方法使用插值涉及几个点。该特殊功能允许此方法在穿过网格线的浸没曲面（包括弯曲曲面）上轻松实现。通过两个实例的研究进行了验证：（1）液滴在不同接触角的圆柱上的形状;（2）液滴在给定接触角的嵌入斜壁上的扩展。
2016-10-23 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Immersed boundary finite element method for blood flow simulation
提出了一种高效、精确的数值求解不可压Navier-Stokes方程的浸入边界有限元方法。特别强调具有复杂几何形状的内部流动（血管系统中的血流）。IB方法对于内部流计算成本高，主要是由于大百分比的网格点位于流域之外。在这项研究中，我们采用了局部细化策略，随着域减少的方法，以减少网格，覆盖流域和增加的百分比，落在流域内的网格节点。所提出的方法利用一个高效和准确的有限元求解器与增量压力校正方案（IPCS），以及边界条件强制IB方法数值求解瞬态，不可压缩的Navier-Stokes流方程。我们验证了数值方法的准确性，使用的解析解的Poiquillille流在一个圆柱。我们进一步研究所提出的方法的准确性和适用性，通过考虑复杂的几何形状，如血管和主动脉中的血流，否则将非常难以解决的大多数IB方法的流动配置。我们的方法提供了高精度，如验证示例所示，和高效率，如通过在现成的膝上计算机上的复杂几何形状内的血流的解决方案所示。
2020-07-04 cs.CE physics.flu-dyn
Handling geometric singularities efficiently with the immersed-boundary method: application to riblets
Institute of Fluid Mechanics, Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院流体力学研究所）；Dept. of Aerospace Engineering, Politecnico di Milano（米兰理工大学航空航天工程系）；Dip. di Ingegneria Industriale, Università di Salerno（萨莱诺大学工业工程系）
本文提出一种增强的浸没边界法，通过匹配稳态斯托克斯解高效处理几何奇异性，在肋条流动的层流与湍流测试中，以较低计算成本重现参考结果。
2026-09-29 physics.flu-dyn
A Geometry-Adaptive Mesh Refinement Framework for Immersed Boundary Methods on Hybrid Unstructured Meshes
School of Aeronautics, Universidad Politécnica de Madrid（马德里理工大学航空学院）；Center for Computational Simulation, Universidad Politécnica de Madrid（马德里理工大学计算模拟中心）
本研究开发了一种用于混合非结构网格的新型预处理工具，可对浸入几何周围的网格加密，通过圆柱、NACA0012翼型及多段翼型的流动模拟验证，结果与实验数据吻合良好，实现了准确高效的流动模拟。
2026-11-03 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
A Numerical Formulation for Simulating Free-Surface Hydrodynamics
笛卡尔网格法与浸入体法和流体体积法相结合，非常适合于模拟船舶周围的破碎波。船体的表面嵌板被用作输入，以施加体边界条件上的三维carbohydrate网格。数值算法的流体体积部分用于捕获自由表面界面，包括波浪的破碎。数值格式在并行计算机上实现。最近的改进的数值方案进行了讨论，包括实施一个新的多重网格程序和转换到MPI通信。数值预测进行了比较，实验室测量的拖曳transom-stern模型。
2014-10-07 physics.flu-dyn
Planar potential flow on Cartesian grids
势流有许多应用，包括空气动力学中的非定常流模型。为了使这些模型有效地工作，最好避免Biot-Savart相互作用。本文介绍了一种基于网格的二维势流处理方法及其在模拟非定常空气动力流的涡模型中的应用。对于由涡元素组成的流动，处理遵循涡在细胞的方法，并解决了笛卡尔网格上的流函数涡泊松方程后，从涡转移到网格上的循环。对于源和汇，可以使用标量势遵循类似的方法。由涡、汇和源引起的组合速度场可以通过亥姆霍兹分解得到。在这项工作中，我们使用了几个关键工具，以确保该方法适用于任意几何形状，有和没有尖锐的边缘。首先，浸没边界投影法被用来考虑在流动中的物体和由此产生的身体强迫拉格朗日乘子被识别为绑定涡面强度。其次，通过将涡面强度分解为奇异的光滑部分来处理锐边。为了强制执行库塔条件，可以约束光滑部分以消除锐边引入的奇异性。这些约束和泊松方程制定为一个鞍点系统，并使用舒尔补充方法解决。利用格点格林函数有效地求解了具有无界边界条件的离散泊松方程。该方法及其准确性证明了几个问题。
2022-01-18 physics.flu-dyn
A Level-Set Immersed Boundary Method for Reactive Transport in Complex Topologies with Moving Interfaces
本文提出一种结合水平集与浸没边界方法的LS-IBM模拟框架，用于处理复杂拓扑中具有移动反应界面的反应输运问题，并通过流动、输运及晶体生长算例验证了其空间二阶精度与有效性。
2023-03-21 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
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
A Fully Parallel Dual-Grid Immersed-Boundary Framework for Flow-Induced Sound from Complex Moving and Deforming Bodies
Lakehead University（湖首大学）
本文开发了一种全并行双网格浸入边界框架，耦合不可压缩纳维-斯托克斯求解器与APE求解器，可高效预测复杂运动变形物体的流致声，经多案例验证且适用于真实三维生物运动场景。
2026-09-09 physics.flu-dyn
Motif: A Modular Finite-Volume Framework for Transient Incompressible Flow
Ege University（伊兹密尔经济大学）
本文介绍二维不可压缩流求解器Motif，基于有限体积法、投影方法及多种数值方案，验证其精度与守恒性，为教学和直接数值模拟研究提供框架。
2026-10-07 physics.flu-dyn
A GPU-Accelerated Sharp Interface Immersed Boundary Solver for Large Scale Flow Simulations
Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；NVIDIA Corporation（英伟达公司）
本文提出了一种基于GPU的尖界面浸没边界求解器，实现了对大规模流体模拟的加速，能够在多GPU系统上高效处理复杂三维流动问题。
2026-03-12 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A Novel HOC-Immersed Interface Approach For Elliptic Problems
本文提出了一种新的高阶精度显式跳跃浸没界面有限差分方法（HEJIIM），用于在紧致笛卡尔网格上求解具有奇异源和不连续系数的不规则区域的二维椭圆问题。我们提出了一种新的策略，离散的解决方案在不规则的点上的九点紧凑的模板，使高阶紧凑性保持在整个计算域。该方案被用来解决四个问题，嵌入圆形和星形接口在一个矩形区域具有解析解和不同的不连续性在整个接口的源和系数项。我们还模拟了过多的流体流动问题，过去的钝体在复杂的流动情况下，这是由Navier-斯托克斯方程，他们包括问题，涉及多个机构沉浸在流动中。在这个过程中，我们通过建立计算解的收敛速率和网格独立性，显示了所提出的策略比EJIIM和其他现有的IIM方法的优越性。在所有情况下，我们的计算结果非常接近现有的数值和实验结果。
2021-07-20 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
A sharp immersed method for 2D flow-body interactions using the vorticity-velocity Navier-Stokes equations
本文提出一种基于浸没界面法的尖锐界面方法，用于二维涡量-速度Navier-Stokes方程中的流-体双向耦合，通过移动边界处理和控制体积动量平衡实现二阶精度，并显著提升效率。
2023-09-15 physics.comp-ph physics.flu-dyn
The Three-Dimensional Jump Conditions for the Stokes Equations with Discontinuous Viscosity, Singular Forces, and an Incompressible Interface
University at Buffalo SUNY（纽约州立大学布法罗分校）
本文推导了斯托克斯方程中不可压缩界面的三维跃变条件，考虑了不连续粘度和奇异力的影响，为发展准确的数值方法提供理论基础。
2013-09-04 cs.NA math.NA 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
Adjoint-based phase reduction analysis of incompressible periodic flows
我们建立了不可压缩周期性流动基于伴随的相约化分析的理论框架。通过这种基于伴随的方法，我们通过一对向前和向后的直接数值模拟，而不是基于脉冲的方法，需要非常大量的模拟获得时空相位灵敏度字段。基于相位的分析涉及关于周期性变化的基态的扰动分析，因此针对周期性流动的分析而定制。我们制定的相位描述的周期性流动相对于潜在的和涡扰动的流场。在浸没边界投影法中也可以一致地实现电流相位缩减分析，这有利于对任意形状物体的分析。我们证明了基于相位的分析的强度周期性流动在圆柱和对称翼型在大迎角。研究了圆柱流中相位修正的临界区域，发现流动分离的位置是最敏感的区域。进一步揭示了迎角和翼型厚度对各种翼型绕流相敏度分布的影响。这种流动的相位是根据升力系数来确定的，因此受到产生升力的旋涡结构的影响。本框架揭示了相敏性与涡旋形成动力学之间的联系。
2022-04-27 physics.flu-dyn
A target-fixed immersed-boundary formulation for rigid bodies interacting with fluid flow
National Taiwan University（国立台湾大学）
本文提出物体固定参考系下的浸入边界投影法求解复杂刚体流固耦合问题，通过隐式耦合等设计提升低固流质量比下的稳定性与表面应力精度，经二维算例验证了方法有效性。
2020-01-01 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A Fourier spectral immersed boundary method with exact translation invariance, improved boundary resolution, and a divergence-free velocity field
本文介绍了一种新的浸没边界（IB）方法的粘性不可压缩流，基于傅立叶谱方法的流体求解器和非均匀快速傅立叶变换（NUFFT）算法耦合的流体与浸没边界。新的傅立叶谱浸入边界（FSIB）方法提供了改进的边界分辨率相比，标准的IB方法。内插的速度场，其中的边界移动，解析发散自由。FSIB方法是无网格的，具有体积守恒、精确平移不变性、动量守恒和能量守恒等优点。我们验证了FSIB方法的这些优点数值的Stokes方程和纳维-斯托克斯方程在二维和三维空间。FSIB方法比IB方法收敛得更快。特别是，我们观察到二阶收敛在各种问题的纳维-斯托克斯方程在三维。FSIB方法在计算上也是高效的，对于三维中的$N^3$傅立叶模式，每个时间步长的复杂度为$O(N^3\log(N))$。
2023-02-17 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
A Non-staggered Projection Algorithm for Two-Phase Fluid-Structure Interaction Simulation Using the Phase-Field/Immersed-Boundary Method
本文提出一种基于非交错笛卡尔网格的无压力振荡投影算法，通过改进的五步增量压力修正算法解耦不可压缩Navier-Stokes方程，并结合Cahn-Hilliard方程与动量加权插值方案，实现大密度比多相流固耦合的高精度模拟。
2024-04-23 physics.app-ph physics.flu-dyn
Multi-resolution lattice Green's function method for incompressible flows
我们提出了一个多分辨率的策略，是兼容的格点格林函数（LGF）技术解决粘性，不可压缩的流动无界域。LGF方法利用形式上无界笛卡尔网格上有限体积法的正则性，产生鲁棒且计算高效的解决方案。原始的方法是空间自适应的，但具有挑战性的集成与嵌入式网格细化作为底层的LGF仅定义为一个固定的分辨率。我们提出了一个自适应网格细化的anadministration，其中的压力泊松方程的解决方案近似使用LGF技术的复合网格从一系列的无限晶格不同的分辨率。为了求解不可压缩的纳维-斯托克斯方程，这是进一步结合积分因子的粘性项和适当的龙格-库塔格式的微分代数方程。通过涡环的数值模拟验证了并行化算法的有效性，并对高雷诺数下涡环碰撞进行了模拟，验证了并行化算法的空间自适应性和精细自适应性。
2020-10-25 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Unsteady Flow and Force Control in Butterfly Take-off Flight
在这项工作中，高分辨率，高速视频的帝王蝶（Danaus plexippus）在起飞飞行获得使用摄影测量系统。利用三维细分曲面重建方法，从这些视频中建模和重建蝴蝶的身体/翅膀的变形和运动学。然后进行高保真度模拟，以了解涡的形成在近场和远场的蝴蝶翅膀，并检查相关的气动性能。一个笛卡尔网格为基础的尖锐的界面浸入边界求解器被用来处理这样的流动在其所有的复杂性。
2012-10-15 physics.flu-dyn
A Hybrid Immersed-Boundary/Front-Tracking Method for Interface-Resolved Simulation of Droplet Evaporation
本研究提出一种IB/FT混合方法，结合镜像点、虚胞元与前沿跟踪实现液滴表面边界条件二阶空间精度，经基准验证后用于可变形液滴蒸发模拟，结果与现有主流蒸发模型做了对比。
2024-11-27 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A fast lattice Green's function method for solving viscous incompressible flows on unbounded domains
本文提出了一种计算效率高的方法，用于求解无界区域上的三维粘性不可压缩流动。该方法在交错笛卡尔网格上对不可压纳维-斯托克斯方程进行了形式化离散。操作被限制到一个有限的计算域通过格格林函数技术。这种方法通过将源项与离散算子的基本解进行离散卷积来获得非齐次差分方程的解。描述离散动量方程和不可压缩性约束的时间演化的微分代数方程的数值求解相结合的积分因子技术的粘性项和对流项的半显式Runge-Kutta格式。一个投影法，利用模拟和交换性的离散算子的属性是用来有效地解决方程组中出现的每个阶段的时间积分计划。线性复杂性，快速计算速度，并行可扩展性实现了使用最近开发的快速多极差分方程方法。通过涡环的数值模拟验证了解的准确性和物理保真度。
2016-04-07 physics.comp-ph physics.flu-dyn
An explicit meshless point collocation solver for incompressible Navier-Stokes equations
本文提出了一种强形式的无网格点配置显式求解器，用于求解二维瞬态不可压缩粘性N-S方程。我们数值求解控制流方程的流函数涡量公式。我们使用一个统一的笛卡尔嵌入网格来表示流域。我们使用无网格点配置（MPC）方法计算空间导数。我们验证了常用的基准问题，包括盖驱动的空腔流，流动后向台阶和圆柱后的旋涡脱落的数值方案的准确性。我们已经研究了所提出的方案的适用性，通过考虑流的情况下，复杂的几何形状，如在管道中的流动与圆柱形的障碍物，在一个分叉的几何形状的流动，和流动过去的复杂形状的障碍物。我们的方法提供了高精度和优良的计算效率所证明的验证例子，同时保持稳定的时间步长相比，在无条件稳定的隐式方法。
2019-06-10 physics.comp-ph physics.flu-dyn
An efficient parallel immersed boundary algorithm using a pseudo-compressible fluid solver
Simon Fraser University（西蒙菲莎大学）
本文提出一种适用于分布式内存架构的高效浸没边界方法，具有完全显式方法的计算复杂度和优秀的并行扩展性，通过伪可压缩性方法将不可压缩纳维-斯托克斯方程离散化，减少线性系统为一维三对角系统，并通过二维和三维流固耦合问题验证算法的精度和收敛率。
2014-05-19 cs.DC cs.NA math.NA
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
Benchmarking the Immersed Boundary Method for Viscoelastic Flows
本文通过二维算例和流变实验，对浸入边界法在Oldroyd-B和Rolie-Poly粘弹性流动中的精度与收敛性进行基准测试，并与有限元、有限体积法比较，给出正则化delta函数和拉格朗日网格间距的推荐选择。
2024-01-15 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Incompressible fluid problems on embedded surfaces: Modeling and variational formulations
从连续介质力学的平衡定律出发，导出了粘性不可压缩材料表面的运动控制方程。表面被视为一个依赖于时间的光滑可定向流形的余维1在周围的欧几里德空间。我们使用基本的切向微积分推导出的外微分算子在笛卡尔坐标的控制方程。所得方程可以看作是在演化流形上的纳维-斯托克斯方程。我们考虑分裂的表面Navier-Stokes系统耦合方程的切向和正常的运动的材料表面。然后，我们限制自己的情况下，余维1嵌入$\Bbb{R}^n$的几何稳定的流形。对于这种情况下，我们提出了新的适定性结果的简化的表面流体模型组成的表面斯托克斯方程。最后，我们提出并分析了几种替代变分制剂这个表面斯托克斯问题，包括约束和惩罚制剂，这是方便的Galerkin离散方法。
2018-10-09 math-ph math.DS math.MP
