A novel approach to preventing SARS-CoV-2 transmission in classrooms: An OpenFOAM based CFD Study
由于持续的新冠肺炎大流行，教育部门遭受了灾难性的挫折，教室被无限期关闭。目前的研究旨在通过研究COVID在教室内的传播并提供长期可持续的解决方案来解决现有的困境。在这项工作中，一个标准的5米x 3米x 5米的教室被认为是24名学生坐在一起，由一名教师陪同。基于OpenFOAM的计算流体动力学模拟使用欧拉-拉格朗日框架。基于随机剂量反应框架，我们评估了两种不同情况下的教室感染风险：（i）某些学生被感染（ii）教师被感染。如果老师被感染，某些学生的感染概率可能达到100%。当某些学生被感染时，易感者的最高感染风险达到30%。常用的布口罩证明在提供防止感染传播的保护方面无效，最大感染概率仅降低约26%。另一种常用的解决方案，即安装在办公桌上的防护罩，也未能提供足够的感染保护，仅将感染风险降低了50%。此外，防护罩还充当了污染物感染模式的来源。悬挂在天花板上的屏幕可以捕获液滴，已经被提出作为一种新的解决方案，与没有屏幕的情况相比，除了完全没有污染物感染模式之外，还可以将感染风险降低90%和95%。由于屏幕，上课时间可以延长55分钟。
2022-10-12 cs.CY physics.flu-dyn q-bio.PE
OpenFOAMGPT: a RAG-Augmented LLM Agent for OpenFOAM-Based Computational Fluid Dynamics
OpenFOAMGPT是一种基于检索增强生成的LLM代理，用于优化OpenFOAM的CFD模拟，通过高效处理复杂任务提升工程应用效率。
2025-01-10 physics.comp-ph physics.flu-dyn
OpenFOAM computational fluid dynamics (CFD) solver for magnetohydrodynamic open cycles, applied to the Sakhalin pulsed magnetohydrodynamic generator (PMHDG)
College of Engineering, University of Buraimi（布雷米大学工程学院）
本文提出了一种基于OpenFOAM的CFD模型，用于模拟磁流体动力学开放循环，并应用于萨哈林脉冲MHD发电机的超音速通道模拟。
2026-01-01 cs.CE physics.flu-dyn physics.plasm-ph
SediFoam: A general-purpose, open-source CFD-DEM solver for particle-laden flow with emphasis on sediment transport
随着计算资源的不断丰富，计算流体动力学-离散单元法（CFD-DEM）成为泥沙运动研究中一种越来越有前途和可行的方法。现有的几种CFD-DEM求解器在化工和采矿工业中得到了应用。然而，一个强大的CFD-DEM求解器模拟泥沙输运仍然是可取的。在这项工作中，详细介绍了三维，大规模并行和开源CFD-DEM求解器SediFoam的开发。该求解器基于开源求解器OpenFOAM和LAMMPS构建。OpenFOAM是一个CFD工具箱，可以在非结构化网格上执行三维流体流动模拟; LAMMPS是一个用于分子动力学的大规模并行DEM求解器。SediFoam的几个验证测试使用各种复杂的情况下进行。在本模拟中得到的结果是一致的，在文献中，这表明了沉积物输运应用的Sedifoam的能力。除了验证测试之外，还研究了SediFoam的并行效率，以测试代码在大规模和复杂模拟中的性能。并行效率测试表明，SediFoam的可扩展性是令人满意的模拟使用O（10^7）粒子。
2016-01-15 physics.comp-ph physics.flu-dyn physics.geo-ph
Implementation and validation of two-phase boiling flow models in OpenFOAM
使用计算流体动力学（CFD）方法预测两相沸腾流动是非常具有挑战性的，因为在这种流动中的界面质量、动量和能量传递的几个子模型仍然没有很好地建立，需要进一步的开发和验证。一旦验证了一个特定的模型，重要的是要仔细验证模型中涉及的所有关键参数。这种验证通常通过单独的效果测试来执行，其中每次将一个参数与测量值或以其他方式已知的值进行比较。不用说，对于复杂的模型，这是典型的两相流CFD应用，需要验证的独立参数的数量可能相当高。这个特殊的功能使得复杂CFD模型的验证过程在开源代码中非常有吸引力，因为可以完全访问实现细节。本文关注的是使用OpenFOAM，开源环境中的两相沸腾泡状流模型的实施和验证。该模型采用双流体的守恒方程与湍流项的平均处理。该模型由六个守恒方程的液体和蒸汽相，允许的热力学非平衡和压缩性的两相。此外，该模型还包括两个湍流动能和能量耗散的输运方程和一个界面浓度的输运方程。新的壁面热分配模型以及核态沸腾中的相变项已经实现。敏感性研究以及验证的模型对测量数据在公开文献中已经进行，它已被证明，预测和实验之间的合理协议已经实现。
2017-09-06 physics.flu-dyn
varRhoTurbVOF: a new set of volume of fluid solvers for turbulent isothermal multiphase flows in OpenFOAM
流体体积（VOF）法是一种常用的多相流模拟方法。开源计算流体动力学（CFD）软件OpenFOAM实现了各种基于VOF的求解器，并为用户提供了广泛的湍流模型。由于VOF框架下的等温多相流属于变密度不可压缩流范畴，OpenFOAM中基于VOF的等温求解器无法使用正确的湍流模型。varRhoTurbVOF旨在解决这个问题，并希望在未来取代所有相应的现有求解器。通过面向对象的范例，varRhoTurbVOF保证了代码的可用性、可重用性和可维护性。除了湍流建模之外，原始解算器中的所有其他功能都保留在varRhoTurbVOF中。
2019-08-30 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Implementation and verification of the resolved Reynolds stress transport equations in OpenFOAM
本文在OpenFOAM中实现并验证了一个用于计算大涡模拟中解析雷诺应力输运方程全部收支项的函数对象库，通过槽道流和管道流的网格细化研究证明其能准确收敛于DNS数据，为开源CFD社区提供了湍流分析工具。
2025-11-06 physics.flu-dyn
DLBFoam: An open-source dynamic load balancing model for fast reacting flow simulations in OpenFOAM
计算负载不平衡是一个众所周知的性能问题，在多处理器反应流模拟利用直接集成的化学动力学。我们引入了一个开源的动载荷平衡模型DLBFoam来解决这个问题，OpenFOAM是一个开源的C++库，用于计算流体动力学（CFD）。由于反应流求解器中普遍应用的算子分裂实践，化学可以被视为每个计算单元内的独立刚性常微分方程（ODE）系统。由于化学动力学的高度非线性特性，ODE积分器的收敛速率可能会发生很大的变化，从而导致多处理器配置之间的高负载不平衡。然而，化学常微分方程系统的独立性导致了一个问题，可以很容易地并行化（在文献中称为一个令人不安的并行问题），在流动的解决方案。所提出的模型利用了这一特征，并在可用资源之间平衡化学负荷。此外，参考映射模型被用来进一步加快模拟。当DLBFoam在启用这两个功能的情况下使用时，据报告，反应流基准案例的速度提高了10倍。据我们所知，该模型是文献中第一个化学负载平衡的开源实现。
2021-06-27 cs.NA math.NA physics.comp-ph
lcs4Foam -- An OpenFOAM Function Object to Compute Lagrangian Coherent Structures
本文提出 OpenFOAM 函数对象 lcs4Foam，可在 CFD 模拟中实时计算 FTLE，从而定量评估任意流动中的拉格朗日相干结构与物质输运几何特征。
2023-07-09 physics.app-ph physics.flu-dyn
IteraSim RAG: A Multi-Stage Retrieval-Augmented Agentic Back-End for OpenFOAM-Based Computational Fluid Dynamics
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）
研究针对OpenFOAM配置CFD案例的难题，提出IteraSim RAG。通过LLM扩展查询、多种融合与重排策略及多智能体分工协作，结合规范知识层。在28个案例基准测试中表现良好，能完成配置、诊断修复问题，还公布相关内容以保障可重复性。
2026-07-23 cs.CE physics.flu-dyn
uniGasFoam: a particle-based OpenFOAM solver for multiscale rarefied gas flows
本研究在OpenFOAM框架下开发了基于粒子的多尺度稀薄气体流动求解器uniGasFoam，采用粒子-粒子耦合解决传统混合方法的耦合难题，集成多种自适应算法，经基准验证精度可靠且计算效率显著优于纯DSMC模拟。
2024-09-16 physics.flu-dyn
Influence of image segmentation on one-dimensional fluid dynamics predictions in the mouse pulmonary arteries
计算流体动力学（CFD）模型正在成为辅助心血管疾病诊断评估的工具。图像分割的最新进展已经使心血管系统的受试者特定建模成为一项可行的任务，这在肺动脉高压（PH）的情况下尤其重要，肺动脉高压（PH）需要结合侵入性和非侵入性程序进行诊断。图像分割中的不确定性很容易传播到CFD模型预测中，使得不确定性量化对于特定于主题的模型至关重要。本研究通过将网络几何形状和连通性的不确定性传播到血压和流量预测来量化一维（1D）CFD预测的可变性。我们分析了多个分割的图像切除小鼠肺使用不同的预分割参数。自定义算法提取每个分段肺网络的血管长度、血管半径和网络连接。我们量化几何特征的不确定性，通过构建血管半径和长度的概率密度，然后从这些分布中采样，并使用一维CFD模型传播血液动力学预测的不确定性。结果表明，网络连接的变化是一个更大的贡献者血液动力学的不确定性比血管半径和长度。
2019-04-23 physics.flu-dyn physics.med-ph q-bio.QM
Characterisation and extension of a rigid body dynamics solver coupled with OpenFOAM for flight performance analysis of flapping-wing drones
针对OpenFOAM耦合刚体动力学求解器用于扑翼无人机模拟的两大局限，该研究对其进行扩展验证，通过多自由度扑翼无人机上升飞行模拟明确了计算瓶颈并分析了机翼翼体相互作用。
2025-10-28 physics.flu-dyn
CoronaryHemodynamics: An Automated Simulation Framework for Coronary Artery Hemodynamics Using OpenFOAM
本研究开发了基于OpenFOAM的冠状动脉血流动力学仿真工具包CoronaryHemodynamics，集成自动化仿真流程与生理性边界条件，支持并行计算和多求解器，为相关科研与临床应用提供高效稳健的分析框架。
2025-01-02 physics.flu-dyn
On the Application of Viscoelastic & Viscoplastic Constitutive Relations in the CFD Bio-Fluid Simulations
在心血管流动的计算流体动力学（CFD）模拟中应用的应力-应变本构关系的实施考虑已在文献中得到广泛讨论。然而，这一问题仍有争议。作者认为，非牛顿模型的选择和非牛顿假设与牛顿假设的考虑是非常面向应用的，不能仅仅依赖于容器的大小。在所提出的工作中，使用了肾病患者特定的几何形状，非牛顿效应表现得不明显，而血管被认为是中等至小型的，根据文献，这表明严格使用非牛顿公式。非牛顿效应的不显著性特别体现在沿数值域壁的壁面剪应力（WSS）中，其中牛顿计算的WSS与非牛顿计算的WSS之间的差异几乎不可见。
2016-08-13 physics.bio-ph physics.flu-dyn q-bio.QM
Sensitivity mapping of TBL wall-pressure spectra with CFD turbulence models for wind tunnel test result prediction
在目前的工作中，试图映射现有的零压力梯度（ZPG）湍流边界层（TBL）壁面压力谱模型的灵敏度与不同的TBL参数，并最终，与不同的雷诺平均Navier Stokes（RANS）湍流模型，模拟在OpenFOAM和ANSYS Fluent求解器。这项研究将有助于未来的研究人员选择一个特定的RANS湍流模型相对于一个特定的壁谱模型，以获得一个合理的准确的风洞结果预测能力。首先，通过与风洞试验数据的比较，选择最佳的预测压力谱模型。接下来，考虑实验TBL参数作为基准，在RANS产生的数据的误差估计。此外，壁面压力谱计算以下的半经验频谱模型使用TBL参数饲料从实验和计算流体动力学（CFD）模拟。最后，灵敏度映射之间的频谱模型和RANS模型，具有不同的归一化壁法线距离（y+）。
2022-09-24 physics.flu-dyn
AhmedML: High-Fidelity Computational Fluid Dynamics Dataset for Incompressible, Low-Speed Bluff Body Aerodynamics
Amazon Web Services（亚马逊云科技）；AWS AI Labs（AWS AI实验室）
本文提出AhmedML数据集，包含500种Ahmed Car Body几何变体的高保真CFD模拟结果，采用OpenFOAM和RANS-LES混合湍流建模，为机器学习驱动的流体力学研究提供首个可免费下载的开源大规模数据集。
2024-07-30 cs.CE cs.LG physics.flu-dyn
Assessment of modern shock capturing schemes for all-speed flows in the OpenFOAM framework
本研究在OpenFOAM框架中实现多种高阶激波捕捉格式，通过不同复杂度算例评估各格式的精度、稳定性与适用场景，为用户针对特定流动 regime 选择合适格式提供参考。
2025-10-28 physics.flu-dyn
Diffusion-Based Coarse Graining in Hybrid Continuum-Discrete Solvers: Applications in CFD-DEM
在这项工作中，粗粒化的方法，作者先前提出的一个配套文件的基础上解决扩散方程的CFD-DEM模拟，粗粒化是用来获得固体体积分数，颗粒相速度，和流体-颗粒相互作用力。通过检查守恒要求，确定了CFD-DEM模拟中求解扩散方程的变量。然后，该算法实现到CFD-DEM求解器的基础上OpenFOAM和LAMMPS，前者是一个通用的，三维CFD求解器的基础上非结构化网格。采用CFD-DEM求解器和基于扩散的粗粒化算法对流化床进行了数值模拟。收敛的结果得到连续细化网格，即使是网格的细胞大小相当于或小于粒径。这是所提出的方法优于许多现有的粗粒度方法的关键优势，并且当CFD网格的一部分中需要小单元来解析某些流动特征（例如，壁边界流中的边界层以及射流和尾流中的剪切层）时，这将是特别有价值的。此外，我们证明了所提出的粗粒化过程所产生的开销计算成本是典型的CFD-DEM模拟中的总成本的一小部分，只要每个单元格的粒子数是相当大的，虽然不可否认的粗粒化的计算开销往往超过了CFD求解器。本算法的其他优点包括更鲁棒和物理上真实的结果，灵活性和易于实现在几乎任何CFD求解器，和清晰的物理解释的算法中所需的计算参数。总之，基于扩散的方法是CFD-DEM模拟的理论上优雅和实际可行的选择。
2015-01-05 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Accuracy and Performance Evaluation of Low Density Internal and External Flow Predictions using CFD and DSMC
本研究评估DSMC与CFD在低密度内外流动预测中的精度和性能，通过喷嘴与锥形体案例比较，并探讨混合CFD-DSMC方法的可行性。
2024-04-08 physics.flu-dyn
Biomass dust explosions: CFD simulations and venting experiments in a 1 m$^3$ silo
本文通过OpenFOAM欧拉-拉格朗日CFD模型模拟1 m³筒仓中生物质粉尘爆炸全过程，并与可变泄爆实验验证，揭示了颗粒尺寸对粉尘分布和点火前湍流的关键影响，为超出NFPA 68/EN 14491标准的泄爆安全设计提供支持。
2023-07-10 physics.flu-dyn
Data-Driven CFD Modeling of Turbulent Flows Through Complex Structures
近几十年来，计算资源的增长使计算流体动力学（CFD）的应用从传统的空气动力学和流体动力学领域扩展到许多新的领域。示例范围从核反应堆容器和数据中心中的热和流体流动到通过风力涡轮机农场和沿海植被植物的湍流。然而，在这些新的应用中，通常存在复杂的结构（例如，反应堆容器中的棒束和风力发电场中的涡轮机），这使得完全解析的基于第一原理的CFD建模过于昂贵。这一障碍严重损害了CFD模型在这些应用中的预测能力。另一方面，在上述应用中的系统中通常可获得有限量的测量数据。在这项工作中，我们提出了一个数据驱动的，基于物理的方法来执行全场反演的复杂结构的流动的影响。这是通过同化观测数据和数值模式预报的迭代EnergyKalman方法来实现的。根据反演结果，可以得到流场的速度和湍流度。目前的贡献的一个主要的新颖性是非参数，全场反演方法，这是在以往的作品中经常实行的特设模型中的系数的推断相反。所提出的方法的优点是证明了多孔盘的流动通过使用合成数据和真实的实验测量。空间变化的阻力的多孔盘上的流动推断。所提出的方法具有潜在的用于在上述应用中的复杂系统的监测。
2016-03-29 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Spectral Wave Explicit Navier-Stokes Equations for wave-structure interactions using two-phase Computational Fluid Dynamics solvers
本文提出了一种有效的势流和粘性流分解方法，用于单相势流波模型和两相计算流体动力学（CFD）求解器的波浪-结构相互作用模拟。势部分--表示入射波--用谱波模型求解;粘性部分--表示入射波上的互补扰动--用CFD求解器求解。这种组合保持了势理论在水波上的效率和准确性，以及两相CFD求解器在复杂流动（波浪破碎，流动分离等）上的优势。分解策略称为谱波显式纳维-斯托克斯方程（SWENSE），最初是为单相CFD求解器提出的。首先，本文提出了一个扩展的SWENSE方法的两相CFD求解器。其次，提出了一种在CFD网格上对高阶谱（HOS）波浪模型计算的势流结果进行精确有效插值的方法。该方法不需要重新投影，能够减小插值速度场的发散误差，满足CFD求解器的需要。在OpenFOAM中实现，这些方法通过三个令人信服的验证，验证和应用案例进行测试，考虑入射波传播，规则波中垂直圆柱体上的高阶载荷，以及规则波和不规则波中的悬链线锚腿系泊（CALM）浮标。测试用例实现了1.71和4.28之间的速度提升。波浪模型和插值方法以开源方式向公众发布。
2020-05-26 physics.comp-ph physics.flu-dyn
CFD Forge: A Physics-Constrained Agentic Framework for Autonomous CFD
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
该研究提出围绕OpenFOAM构建的CFD Forge智能体框架，结合大型语言模型处理CFD全流程任务，搭配确定性检查确保结果可信，在测试中大幅提升了自动化CFD的可靠性。
2026-10-14 physics.flu-dyn
On CFD Numerical Wave Tank Simulations: Static-Boundary Wave Absorption Enhancement Using a Geometrical Approach
本研究的目的是扩展适用性的静态边界吸收方法在相解析计算流体动力学模拟以外的传统浅水波的限制。尽管这种方法最初是基于传统的活塞式造波机为浅水波浪制定的，但与其他可用的数值波浪吸收替代方案相比，将其使用扩展到深水条件提供了更实用和计算成本更有效的解决方案。为此，本文从理论上和数值上研究了半无限水槽中单向单色波在静壁作用下的吸收问题。此外，实施到一个实际的波结构相互作用的应用进行了研究数值和实验。利用开源C++工具箱OpenFOAM实现了基于雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程的相位分辨数值模型。该研究提出了静态边界法的性能，以无量纲的方式，通过限制深度，在该深度处的主动吸收常规活塞的速度分布被引入;作为入射波条件的函数。此外，它示出的静态边界方法的性能可以显着增强波反射减少到约一半的常规设置在深水条件下。此外，吸收深度与入射波条件相关;为选择吸收壁的适当尺寸提供优化框架。最后，通过波浪-结构物相互作用试验验证了数值模型的性能，结果表明模型与试验观测值吻合较好。所提出的限制器直接应用于现有的波浪-结构相互作用CFD求解器，而不需要修改代码。
2020-11-25 physics.flu-dyn
MetaOpenFOAM: an LLM-based multi-agent framework for CFD
Tsinghua University（清华大学）
MetaOpenFOAM 提出基于大语言模型的多智能体框架，以自然语言输入自动完成 CFD 模拟任务，结合 MetaGPT 装配线分工与 RAG 检索增强，在八项基准测试中取得 85% 通过率并具备错误修正与参数识别能力。
2024-08-07 cs.AI physics.flu-dyn
Multilevel radial basis function surrogates for noise-robust DSMC-CFD coupling
School of Engineering, University of Warwick（华威大学工程学院）
针对稀薄气体流动模拟中DSMC-CFD耦合的噪声鲁棒性和几何适应性难题，提出多层径向基函数替代全局多项式，在MMS-Sparse框架内实现局部光滑修正，通过有限体积求解器验证了二维耦合的准确性与自动化。
2026-09-29 physics.flu-dyn
CFD simulation of a Rushton turbine stirred-tank using open-source software with critical evaluation of MRF-based rotation modeling
本研究基于OpenFOAM批判性评估MRF区域尺寸对Rushton涡轮搅拌槽RANS模拟的影响，发现MRF直径显著影响湍流预测和混合时间（差异达三倍），强调应常规评估MRF尺寸效应。
2025-08-05 physics.flu-dyn
Performance of interFoam on the simulation of progressive waves
interFoam（流行的开源CFD软件包OpenFOAM中广泛使用的求解器）在模拟非线性（流函数解）规则波的传播中的性能在这项工作中进行了研究，目的是系统地记录其准确性。它表明，随着时间的推移，有一种趋势，表面高程增加，摆动出现在自由表面，波峰速度成为（严重）高估。结果表明，增加时间和空间分辨率可以减轻这些不良影响，但需要一个相对较小的柯朗数。它进一步表明，离散化方案和求解器设置（通常被视为一个“黑箱”的用户）的选择可以有一个重大的影响的结果。这种影响是有记录的，它表明，获得一个“扩散平衡”是至关重要的，准确地传播表面波长距离，而不需要非常高的时间和空间分辨率。最后，将新代码isoAdvector与interFoam进行了比较，结果表明，interFoam可以产生非常精确的结果，同时保持更清晰的表面。希望interFoam求解器性能的系统文档能够使其更准确和最佳使用，并提高对自由表面波通用CFD模拟感兴趣的CFD研究人员对潜在缺点的认识。
2018-04-03 physics.flu-dyn
A coupled CFD-FEA study of the sound generated in a stenosed artery and transmitted through tissue layers
研究了一种新的计算方法，用于模拟单侧狭窄动脉中血流诱导声的产生和传播。这种计算血液声学方法是基于映射血管壁上的瞬态压力（力）波动和在频域中求解结构振动。这些振动在表皮表面被检测为声音。目前的水振动声方法采用两步，单向耦合的方法，在流动域中的声音产生和其通过组织层的传播。通过与以往的分析和计算结果进行比较，验证了结果。据发现，杂音（由狭窄周围的流动产生）主要与狭窄下游的动脉壁上的积分压力的时间导数有关。本研究中使用的方法的优点包括：（a）能够以更快的求解时间提供准确的解;（b）准确捕获在表皮表面上测量的速度波动的突变频率;（c）包括血流和动脉壁之间的流体结构相互作用。
2018-04-09 physics.flu-dyn
Computer simulation of slightly rarefied gas flows driven by significant temperature variations and their continuum limit
对小克努森数的玻尔兹曼方程进行严格的渐近分析，在一般情况下，会导致比经典流体动力学中广泛用于描述气体行为的微分方程组更复杂的微分方程组。本文件处理这样一个是有效的显着的温度变化和有限的雷诺数在同一时间（慢非等温流动方程）。提出了一种基于开源CFD平台OpenFOAM开发的有限体积求解器，用于任意几何形状的轻微稀薄气体的计算机模拟。典型的温度驱动流被认为是数值例子。还研究了作用在均匀受热物体上的力。
2014-10-24 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Anisotropic Minimum Dissipation Subgrid-Scale Model in Hybrid Aeroacoustic simulations of Human Phonation
本文论述了大涡模拟的三维不可压缩喉流，其次是声学模拟的五个主要英语元音/u，i，\textipa{A}，o，/人的发音。分别在OpenFOAM和内部代码openCFS中进行流动和气动声学模拟。考虑到流动和声学中的各种尺度，模拟分为两个步骤：（1）在2.2M细网格上使用有限体积法计算喉部中的流动，然后（2）在33 k粗声学网格上使用有限元法分别计算声源和到口周围辐射区的波传播。数值结果表明，各向异性最小耗散模型，这是不为人所知，因为它是不是在常见的CFD软件，预测更强的声压水平在高次谐波，特别是在前两个共振峰比壁适应局部涡粘性模型。我们在OpenFOAM中将该模型作为一个新的开放库来实现，并将该模型部署在喉部的湍流上，对模拟元音的质量产生了积极的影响。数值模拟结果与实测共振峰的位置吻合得很好。
2023-01-02 physics.flu-dyn
Reproducibility of Large Eddy Simulations for mixing in stirred tank reactors
本研究探讨搅拌槽大涡模拟的可重复性，发现数值误差导致重复模拟结果差异，建议CFD混合模拟报告置信区间。
2025-03-26 physics.flu-dyn
A GPU-accelerated computational fluid dynamics solver for assessing shear-driven indoor airflow and virus transmission by scale-resolved simulations
我们探讨的适用性，MATLAB的三维计算流体动力学（CFD）的剪切驱动的室内气流。提出了一种基于图形处理器的尺度分辨大涡模拟（LES）求解器DNSLABIB。求解器首先在另一个CFD软件（OpenFOAM）上进行验证。接下来，我们展示了求解器在三种等温室内通风配置中的性能，并在COVID-19空气传播的背景下讨论了结果。在对应于$Re=5000$和$Re=50000$的低（0.1 m/s）和高（1 m/s）气流速率下研究这些病例中的通气。当房间从陈旧的、高CO $_2$含量的空气中排空时，进行室内CO $_2$浓度的分析。我们估计了三种不同房间几何形状的每小时换气次数（ACH）值，结果表明，基于完美混合假设，3D CFD模拟的数值估计值与理论ACH值可能相差80- 150%（$Re=50000$）和75- 140%（$Re=5000$）。此外，CO $_2$概率分布（PDF）的分析表明，室内新鲜空气的分布相对不均匀。最后，利用一个时间依赖的韦尔斯-莱利分析，一个例子是提供的增长的累积感染风险被迅速降低后，通风开始。平均感染风险在较低通气率（ACH=3.4-6.3）下降低2倍，在较高通气率（ACH=37-64）下降低10倍。结果表明，DNSLABIB在气流预测的各种未来发展中具有很高的潜力。
2022-04-05 physics.flu-dyn
CFD analysis of the influence of solvent viscosity ratio on the creeping flow of viscoelastic fluid over a channel-confined circular cylinder
本文通过CFD数值模拟研究了溶剂粘度比对Oldroyd-B粘弹性流体绕通道约束圆柱蠕流的影响，揭示了不同Deborah数和β值下流场对称性、应力分布及阻力系数的变化规律。
2024-03-09 physics.flu-dyn
Hemodynamic Simulation in the Aortic Arch Under Anemic Diabetic and Healthy Blood Flow Conditions Using Computational Fluid Dynamics
本研究通过CFD模拟比较贫血、糖尿病和健康血流在主动脉弓的血流动力学，揭示血液黏度差异对WSS和压力梯度的影响，支持CFD用于无创血管风险评估。
2025-06-20 cs.NA math-ph math.MP
A robust algorithm for computational floating body dynamics
本文提出非迭代算法 FloatStepper，通过探测体运动分解附加质量力，解决轻质浮体与重流体耦合的附加质量不稳定性，并在 OpenFOAM 中开源实现，基准测试验证了其高稳定性。
2023-10-02 physics.flu-dyn
Fine-tuning a Large Language Model for Automating Computational Fluid Dynamics Simulations
State Key Laboratory for Turbulence and Complex Systems, College of Engineering, Peking University, Beijing 100871, China（湍流与复杂系统国家重点实验室，工程学院，北京大学，北京100871，中国）；HEDPS-CAPT, Peking University, Beijing 100871, China（HEDPS-CAPT，北京大学，北京100871，中国）
通过微调领域特定LLM，实现从自然语言到CFD模拟配置的自动化，提升复杂工程流程的效率和准确性。
2025-04-21 cs.AI cs.CL physics.flu-dyn
Simulation of multi-species flow and heat transfer using physics-informed neural networks
在目前的工作中，单和隔离网络PINN架构应用于预测动量，物种和温度分布的干空气加湿问题在一个简单的二维矩形域。所创建的PINN模型考虑了可变的流体性质、物质和热扩散以及对流。上述两种PINN架构都使用不同的超参数设置进行训练，例如网络宽度和深度，以找到性能最佳的配置。结果表明，隔离网络PINN的方法导致平均62%的损失降低相比，单网络PINN架构给定的问题。此外，单网络变体努力确保计算域不同区域的物种质量守恒，而隔离方法成功地保持了物种守恒。PINN预测的速度，温度和物种分布的一组给定的边界条件进行了比较，使用OpenFOAM软件生成的结果。单网络和分离网络PINN模型都能产生准确的温度和速度分布结果，相对于计算流体动力学结果的平均百分比差异约为7.5%（速度）和8%（温度）。单网络模型的组分质量分数的平均误差百分比为9%，分离网络模型的平均误差百分比为1.5%。为了展示PINN用于多物种问题的代理建模的适用性，训练了隔离网络PINN的参数化版本，其可以产生不同水蒸气入口速度的结果。在速度和温度的三种预测情况下，相对于OpenFOAM结果的标准化平均绝对百分比误差约为7.5%，水蒸气质量分数约为2.4%。
2021-05-31 physics.flu-dyn
Towards reduced order models of small-scale acoustically significant components in gas turbine combustion chambers
燃气轮机炉膛包含许多有助于抑制声波并改变声学模态形状的小尺度特征。这种阻尼有助于缓解诸如热声不稳定性的问题。在炉膛的计算流体动力学模拟（CFD）期间，这些小尺度特征通常被忽略，因为网格单元计数的相应增加显著地增加了模拟成本，而这些单元的小物理尺寸可能对求解器的稳定性提出问题。在声学普遍存在且对仿真的有效性至关重要的问题中，被忽略的小尺度特征和整体声阻尼的相关降低可能导致杂散、非物理噪声的问题，并妨碍瞬态和极限环振荡的准确仿真。低阶动力系统（LODS）和人工神经网络（ANN）的提出和测试，他们的能力，代表一个简单的二维声学被迫模拟孔在多个频率。这些模型是使用OpenFOAM，使用可压缩CFD，在两个管道之间放置一个孔板。孔的声阻抗已计算使用多麦克风的方法，并比较常用的分析模型。在此之后，流场下游的孔已被建模使用LODS和人工神经网络模型。这两种方法都显示出能够以比原始CFD模拟低得多的计算成本来近似地表示模拟的动态流。这样的模型还可以帮助精确模拟由于冷却流或泻流冷却的空气动力学表面（诸如喷嘴导向叶片（NGV）和涡轮叶片）的设计而导致的火焰熄灭。
2020-12-03 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Computational Assessment of Biomass Dust Explosions in the 20L Sphere
生物质粉尘爆炸烈度参数的确定对生物质加工企业的安全管理和粉尘爆炸风险评价具有重要意义。这些通常根据国际标准器在20 L球体中进行实验测试后确定。最近，CFD模拟已成为预测爆炸行为的可靠替代方案，具有良好的准确性和减少的劳动力和资本。在这项工作中，生物质粉尘爆炸的数值模拟进行了开源CFD代码OpenFOAM。在欧拉-拉格朗日框架中处理多相（气-固）流，使用双向耦合制度，并考虑生物质转化（水分蒸发，脱挥发分和炭氧化），挥发性气体的燃烧，对流和辐射传热的反应。两个生物质样品的压力-时间和浓度依赖的实验测量的模型进行了验证。结果表明，冷流的特性（<$.e.湍流水平、实际粉尘浓度、粉尘云的空间分布和湍流电泳效应）控制着爆炸过程的进程，并在很大程度上取决于颗粒大小、粉尘浓度和点火延迟时间效应。这些发现可能是相关的设计更好的粉尘爆炸试验装置和重新审查的指导方针的操作的实验。最后，对爆炸压力、生物质转化程度、火焰温度、火焰传播模式和粉尘团聚效应进行了深入的讨论。
2022-07-26 cs.CE physics.chem-ph physics.flu-dyn
Instantaneous Visual Analysis of Blood Flow in Stenoses Using Morphological Similarity
针对CFD血流模拟难以直接用于临床决策的问题，提出一种基于形态学相似性的可视化系统，通过匹配120个高分辨率颈动脉分叉模型数据库中的相似案例，实现无需现场模拟的即时血流分析，为CFD在医疗实践中的应用提供了新途径。
2024-03-25 cs.GR cs.HC physics.flu-dyn
Flow simulation in a 2D bubble column with the Euler-Lagrange and Euler-Euler method
泡罩塔反应器中存在的泡状流可以使用多种模拟技术来模拟。为了获得高分辨率的CFD方法，使用EL和EE技术对拟二维鼓泡塔进行了模拟。在开放获取软件OpenFOAM中求解气泡动力学上的力，通过Monte Carlo方法计算气泡相互作用。估计的气泡尺寸分布和预测的持液量进行比较，实验数据和其他模拟工作，使用EE方法，并显示合理的共识。最先进的EE模拟的基准表明，如果气泡数量保持在一定水平，EL方法是有利的，因为EL方法与模拟的气泡数量线性缩放。因此，不同的计算网格也被用来考虑分辨率质量的影响。EL方法对所有实际情况都表明了更快的解决方案，只有故意降低聚结速率才能将CPU时间推到极限。在这种特定情况下，当EE变得优于EL方法时，临界气泡数估计为40.000。
2017-06-19 physics.flu-dyn
Verification and Validation of a Numerical Wave Tank Using Waves2FOAM
新墨西哥大学的研究人员最近对清洁能源系统进行了研究，以提高太阳能塔技术的效率。与太阳能类似，波浪能利用来自太阳的能量。太阳辐射通过改变气压产生风，风将其动量传递给海洋表面，从而产生波浪。自由表面流的建模与仿真（M&S）可以是波浪能工业的一个非常有用的工具。然而，如果要依赖这些工具，就必须测试它们的准确性，并证明它们是可靠的。在这项调查中，我们专注于验证和确认（V&V）的波槽流量M&S。采用流体体积（VOF）模型，利用数值模拟软件OpenFOAM进行瞬态计算流体动力学（CFD）分析。为了评估V&V，自由表面流的高度被认为是系统响应量（SRQ）。Stokes理论（五阶）被用作精确解的最精确可用近似，以测量离散化数学模型的精确度，这被称为代码验证。在海军水面作战中心，Carderock分部（NSWCCD）机动和耐波性（MASK）盆地的模型规模测试期间收集的数据被用来验证计算结果。计算流体动力学域由一个二维平面组成，该平面代表波浪水池的感兴趣区域，该波浪水池具有多个波高测量探头。我们的模拟结果进行了比较，从这些探头之一的数据，以进行V&V分析。代码验证和与实验值的比较证明了我们的模型的准确性和效率。
2018-07-23 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A Bi-fidelity Surrogate Modeling Approach for Uncertainty Propagation in Three-Dimensional Hemodynamic Simulations
基于图像的计算流体动力学（CFD）建模使得能够导出血液动力学信息，这已经成为心血管研究和医疗保健中的范例。尽管如此，预测的准确性在很大程度上取决于精确指定的边界条件和模型参数，然而，这在大多数患者特定的情况下通常是不确定的。量化由于输入随机性导致的模型预测中的不确定性可以提供预测置信度，并且对于促进CFD建模在临床应用中的过渡至关重要。同时，输入不确定性的前向传播通常涉及大量昂贵的CFD模拟，这在大多数实际情况下在计算上是禁止的。本文提出了一种有效的双保真度代理建模框架，心血管模拟的不确定性量化（UQ），利用高保真模型的准确性和低保真模型的效率。与大多数具有几个感兴趣标量的数据拟合代理模型相反，这项工作旨在提供高分辨率的全场预测。此外，一种新的经验误差界估计方法被引入到评估性能的代理先验。所提出的框架进行了测试的血管流量与标准化和患者特定的血管几何形状，并研究了不同的组合的高保真度和低保真模型。结果表明，双保真方法可以实现较高的预测精度，并显着降低计算成本，显示出其优点和有效性。特别是，从一个高维输入空间的不确定性，可以准确地传播到临床相关的患者特定的情况下，仅使用有限数量的高保真度模拟感兴趣的量，这表明在实际的临床应用中的良好的潜力。
2019-08-23 eess.IV physics.flu-dyn physics.med-ph
Direct numerical simulation of a compressible multiphase flow through the fast Eulerian approach
Scuola Normale Superiore di Pisa（比萨高等师范学院）；Istituto Nazionale di Vulcanologia e Geofisica（火山学与地球物理学国家研究所）；Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia（地球物理学与火山学国家研究所）
本文采用快速欧拉ian方法模拟高雷诺数压缩多相流，研究湍流特性并提出LES模型，用于火山灰云动力学分析。
2014-04-02 cs.NA math.AP math.NA
On the Determination of the Yield Surface within the Flow of Yield Stress Fluids using Computational Fluid Dynamics
一部分非牛顿流体是屈服应力流体。它们需要最小的应力来流动。低于该最小值，屈服应力流体保持固态。迄今为止，一维和二维数值模型已主要用于研究自由表面流动。然而，有些现象具有三维行为，例如液体状态和固体状态之间的极限的出现。在这里，目的是使用计算流体动力学（CFD）再现的屈服应力流体在一个开放的通道中的自由表面流动的属性。还期望对屈服应力流体的行为进行建模。数值研究是用软件OpenFOAM驱动的。数值结果与实验结果进行了比较，从模型实验和理论预测的基础上流变本构关系。通过评估其可靠再现流型的能力，对3D模型进行了验证。深度，局部速度和应力被量化为不同的数值配置（网格级别，流变参数）。然后，数值结果被用来检测流动中的刚性和剪切区的存在。
2018-08-01 physics.comp-ph physics.flu-dyn
GeoChemFoam: Operator Splitting based time-stepping for efficient Volume-Of-Fluid simulation of capillary-dominated two-phase flow
我们提出了一种新的时间步进方法，称为毛细管松弛算子分裂（OSCAR），有效的体积流体模拟毛细管占主导地位的两相流。OSCAR使用算子分裂方法来分离粘性阻力和表面张力力。不同的时间步长被用于粘性阻力步骤，由注射速度控制，和毛细管松弛步骤，由毛细管波的速度控制。虽然OSCAR诱导一个额外的数值误差的顺序0的时间导致的分裂，它是非常适合在低毛细管数的模拟。首先，分裂误差随着毛细管数而减小，并且在低毛细管数下，松弛步骤在到达其最后一次迭代之前收敛，从而与标准时间步进方法相比产生大的加速（这里高达250倍）。该方法在我们基于OpenFOAM的CFD求解器GeoChemFoam中实现。收敛性，准确性和效率证明了三个基准情况下：（1）在一个直的2D微通道中的气泡的稳定运动，（2）在一个3D收缩通道中的超临界CO2的注射，导致一个折断，和（3）在一个2D油湿微观模型表示多孔介质排水。
2021-05-21 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Experimental and Computational Investigation of a Fractal Grid Wake
分形网格通过同时激发许多不同尺寸的长度尺度来产生湍流，而不是像规则网格那样使用非线性级联机制来获得多尺度结构。自从对这些网格进行的实验和计算研究得出令人惊讶的发现以来，对这些网格的兴趣进一步增加。本文介绍了由空间填充分形正方形网格产生的湍流的实验风洞和计算流体动力学（CFD）研究。实验工作包括粒子图像测速（PIV）和热线测量。此外，延迟分离涡模拟（DDES）与Spalart-Allmaras背景湍流模型进行使用开源软件包OpenFOAM。这是第一次使用DDES模拟来模拟和表征由分形网格产生的湍流。最后，本文报告了广泛的统计研究和实验和数值获得的时间序列之间的直接比较，以调查和比较一点和两点统计。我们的目标是验证我们的计算结果，并提供增强的洞察湍流的多尺度生成的复杂性，使用分形网格与低数量的分形迭代。特别是，我们调查不同的湍流结构和它们的复杂的相互作用，在近网格区域或生产制度的分形网格流。
2022-10-12 physics.flu-dyn
Physics-Informed Graph Neural Network Surrogates for Turbulent Nanoparticle Dispersion in Dental Clinical Environments
Department of Mechanical Engineering, University College London (UCL)（伦敦大学学院机械工程系）；Ascend Technologies Ltd（Ascend技术有限公司）
本文提出了一种结合物理信息的图神经网络代理，用于预测牙科临床环境中湍流纳米粒子的分散过程，通过改进的图网络和物理模型提高了计算效率和准确性。
2026-05-19 cs.LG physics.flu-dyn
A coupled finite-volume solver for numerical simulation of electrically-driven flows
隐式CFD程序的精度和稳定性经常受到变量间解耦的影响，最终导致数值发散。耦合求解器，同时解决所有的控制方程，有可能解决这个问题。在这项工作中，我们报告的实施耦合求解器的瞬态和稳态电驱动流模拟的有限体积框架。在OpenFOAM中开发的数值方法对于牛顿流体和粘弹性流体是通用的，并且针对Poisson-Nernst-Planck和Poisson-Boltzmann模型制定。由此产生的耦合方程组有效地解决了PETSc库。耦合求解器的性能进行了评估，在两个测试情况下：诱导电荷电渗的牛顿流体周围的圆柱体，电渗流的PTT粘弹性流体在收缩/膨胀微通道。耦合求解器在瞬态模拟中更准确，并且允许使用更大的时间步长而不会产生数值发散。对于稳态模拟，耦合求解器比分离求解器在更少的迭代中收敛。虽然耦合求解器在每个时间步的基础上要慢得多，但本研究中获得的总体加速因子达到了~100的最大值，其中半耦合求解器获得了最高的因子，这使得方程之间的一些耦合项消失。虽然需要进一步的研究来提高矩阵求解阶段的效率，但在许多情况下，耦合求解器已经优于分离求解器。
2019-09-21 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Systematic Study of Accuracy of Wall-Modeled Large Eddy Simulation using Uncertainty Quantification Techniques
通过对槽道湍流的系统模拟，研究了壁面模型大涡模拟的预测精度。研究了壁面模型、网格分辨率和各向异性、数值对流格式和亚网格模式对数值模拟的影响。所有这些因素都会影响结果的准确性，而且它们的作用在很大程度上是相互交织的。壁面模型为壁面应力型，并对壁面模型对速度采样位置的敏感性以及壁面参数的变化规律进行了分析。为了有效地探索模型参数空间（各向异性网格分辨率和壁模型参数值），广义多项式混沌展开被用来构建元模型的响应，这是采取的措施的预测误差的量的兴趣（QoIs）。QOI包括平均壁面剪应力和平均速度、湍流动能和雷诺剪应力的分布。DNS数据用作参考。在测试的框架内，一个特定的二阶精确的CFD代码（OpenFOAM），结果提供了足够的支持网格和方法参数的建议，提出了在本文中，并提供了良好的结果的服务质量。值得注意的是，使用具有各向同性（立方体）六面体单元的网格获得了良好的结果，每个$δ^3$具有$15\, 000$单元，其中$δ$是通道半高（或湍流边界层的厚度）。证明了提供足够的数值耗散以获得准确的QoIs的重要性。所研究的主通道流动情况是${\rm Re}_τ=5200$，但考虑了扩展到宽范围的${\rm Re}$ -数。使用其他数值方法和软件可能会修改这些建议，至少是轻微的，但拟议的框架是完全适用于调查这一点。
2019-03-29 physics.flu-dyn
SURFNet: Super-resolution of Turbulent Flows with Transfer Learning using Small Datasets
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；Advanced Micro Devices, Inc.（超威半导体公司）
深度学习（DL）算法正在成为计算昂贵的CFD模拟的关键替代方案。然而，最先进的DL方法需要大量高分辨率的训练数据来学习准确的模型。这些数据集的大小和可用性是下一代数据驱动的湍流替代模型开发的主要限制。本文介绍了SURFNet，一个基于迁移学习的超分辨率流网络。SURFNet主要在低分辨率数据集上训练DL模型，并在少数高分辨率流动问题上转移学习模型-加速传统的数值求解器，而与输入大小无关。我们提出了两种用于超分辨率任务的迁移学习方法，即一次性学习和增量学习。这两种方法都只需要对一种几何形状进行迁移学习，以解决细网格流场的问题，与粗模型的微小分辨率（64 x256）相比，高分辨率输入的训练数据少15倍，大大减少了数据收集和训练的时间。我们通过求解湍流状态下的纳维-斯托克斯方程，在输入分辨率高达粗模型的256倍的情况下，对SURFNet的性能进行了经验评估。在四个测试几何形状和八个在训练过程中看不见的流动配置上，我们观察到OpenFOAM物理求解器的一致2- 2.1倍加速，与测试几何形状和分辨率大小（高达2048 x2048）无关，证明了分辨率不变性和泛化能力。我们的方法解决了从使用低分辨率输入（超分辨率）训练的粗网格模型重建高分辨率解决方案的挑战，而不会损失准确性，并且需要有限的计算资源。
2021-08-17 cs.AI physics.flu-dyn
NUNet: Deep Learning for Non-Uniform Super-Resolution of Turbulent Flows
University of California, Irvine（加州大学欧文分校）；Advanced Micro Devices, Inc.（超威半导体公司）
深度学习（DL）算法在重建高分辨率湍流（又称超分辨率）方面越来越受欢迎。然而，当前的DL方法执行空间上均匀的超分辨率，这是用于计算流体动力学（CFD）的基于DL的代理的可扩展性的关键性能限制。为了解决上述挑战，我们引入了NUNet，这是一种基于深度学习的自适应网格细化（AMR）框架，用于湍流的非均匀超分辨率。NUNet将输入的低分辨率流场划分为补丁，对每个补丁进行评分，并预测其目标分辨率。因此，它输出空间非均匀流场，自适应地细化流体域的区域以实现目标精度。我们训练NUNet与雷诺平均Navier-Stokes（RANS）的解决方案，从三个不同的正则流，即湍流槽道流，平板，绕流椭圆。NUNet显示出卓越的识别特性，细化具有复杂流动特征的区域，例如近壁域和固体周围流动中的尾流区域，同时在低精度范围内保留具有平滑变化的区域（例如自由振荡）。因此，NUNet展示了与传统OpenFOAM AMR求解器的出色定性和定量对齐。此外，它达到了与AMR求解器相同的收敛保证，同时将其加速3.2- 5.5倍，包括在训练过程中看不到的几何形状和边界条件，证明了其泛化能力。由于NUNet仅对感兴趣区域进行超分辨率处理的能力，它预测相同目标的1024 x1024空间分辨率比最先进的DL方法快7- 28.5倍，并将内存使用量减少4.4- 7.65倍，展示了改进的可扩展性。
2022-03-26 cs.LG physics.comp-ph physics.flu-dyn
