A 3D phase-field based Eulerian variational framework for multiphase fluid-structure interaction with contact dynamics
提出一种并行化三维全欧拉变分框架,基于相场法模拟多相流体与多个可变形固体的接触动力学相互作用,通过多个数值算例验证了其在流固接触及大变形问题中的有效性。
2024-02-15 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A Simpler Eulerian Variational Principle for Barotropic Fluids
正压欧拉流体动力学的变分原理是一个非常繁琐的方法,它包含多达11个独立的函数。这比欧拉运动方程中出现的四个函数(密度和速度)要多得多。这一事实可能阻碍了变分法的应用。本文提出了一个四函数欧拉变分原理,并简要地讨论了它的意义。
1999-06-25 physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Interaction of finitely-strained viscoelastic multipolar solids and fluids by an Eulerian approach
在Kelvin-Voigt流变学中,利用高阶(所谓的二阶多极)粘度的概念,在准静态变量中研究了可压缩粘弹性流体与粘弹性固体的机械相互作用。流体和固体之间的无滑移接触被认为是欧拉框架返回映射技术用于流体和固体模型,这使得一个“整体”制定的流体-结构相互作用问题。利用Schauder不动点定理和适当的正则化方法证明了该方程弱解的存在性和正则性.
2023-02-22 math.AP physics.flu-dyn
Do the Navier-Stokes equations embody all physics in a flow of Newtonian fluids?
纳维-斯托克斯方程是流体流动的控制方程。它们被认为是牛顿流体(如水)流动中的所有物理学,特别是当我们假设流体不可压缩时。流体流动通常以欧拉的观点来描述,其中我们关注的是作为时间过程的空间中固定点处的流体量,而不是每个单独粒子的运动。后一种观点实际上是拉格朗日观点,它广泛应用于固体力学,如弹性力学。因此,纳维-斯托克斯方程应该是,事实上,它们总是用在欧拉的观点中。在这里,我们表明,纳维-斯托克斯方程的右手边不是在欧拉的角度,而是在拉格朗日的角度推导出来的,因为在推导中使用的应变率是拉格朗日柯西应变率。因此,为了在欧拉观点中描述流体流动,纳维-斯托克斯方程可能丢失一些物理性质。为了保证这一点,我们将柯西应变代入材料导数中,从而导出了欧拉柯西应变率。我们发现在湍流中欧拉和拉格朗日柯西应变率之间的差异是显着的。基于欧拉柯西应变率,我们导出了牛顿流体流动的一组新的控制方程。新导出的控制方程完全是欧拉的观点。我们相信,他们是真正的方程,纳维,柯西,泊松和斯托克斯打算找到牛顿流体的粘性流动。
2018-02-19 physics.flu-dyn
A positivity-preserving Eulerian two-phase approach with thermal relaxation for compressible flows with a liquid and gases
提出了一种求解由刚性气体状态方程控制的、含有任意数量理想气体和液体的四方程齐次松弛模型(HRM)的保正分数阶算法。分数阶算法由Allaire等人的双曲五方程模型的时间步长和无限松弛速率下的代数数值热松弛步长组成。插值和通量限制器提出了使用高阶笛卡尔有限差分或有限体积格式的一般形式,使部分密度和平方声速的积极性,以及体积分数和质量分数的有界性,保留与算法。该算法还保证了四方程HRM的保守解更新,这对于某些应用例如具有相变的应用是有利的。通过数值试验,证明了该算法的精度和鲁棒性,该算法采用了高阶显式有限差分加权紧致非线性格式(WCNS),并采用了增量模板加权基本无振荡(WENO)插值。
2022-12-20 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A CNN-based particle tracking method for large-scale fluid simulations with Lagrangian-Eulerian approaches
提出基于CNN的CNN-SNS粒子追踪方法,通过神经网络预测缩短L-E方法中的追踪路径,在不损失精度的前提下大幅降低计算与通信开销,实现大规模高流速模拟的高效并行扩展。
2024-12-24 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A coupled Eulerian Lagrangian approach for fluid and particle dynamics
Institute for Plasma Research(等离子体研究所);Homi Bhabha National Institute(霍米·巴巴国立学院)
该研究提出用于模拟二维不可压缩流中流体与粒子动力学的耦合欧拉-拉格朗日计算框架,扩展了GPU加速求解器,通过特定格式积分方程、插值实现耦合,经多种验证,具有计算效率高、扩展性稳定等优势,适用于相关研究。
2026-07-21 physics.flu-dyn
Liquid spreading in trickle-bed reactors: Experiments and numerical simulations using Eulerian--Eulerian two-fluid approach
采用欧拉双流体CFD方法模拟了气液并流滴流床反应器中的液体扩散。为了提出一个模型,详尽地描述了所有的相互作用力作用在每个流体相的分散机制的重点,在文献中的封闭定律的讨论提出。液体分散被认为是由两种主要机制引起的:毛细管和机械(Attou和Ferschneider,2000; Lappalainen等人,2009年-然后在两个滴流床配置中实施所提出的模型,并与两个实验装置相匹配:在第一个配置中,考虑了二维轴对称几何形状的模拟,并根据一组新的实验数据验证了模型。针对不同的几何和操作条件提供了从$γ$射线层析成像获得的总体压降和液体分布。在第二种配置中,被认为是一个3D模拟和该模型进行比较,在床出口处的实验液体通量模式。提出了液体扩散对床层几何特性(空隙率和颗粒直径)以及气液流量的敏感性分析。该模型被证明是实现非常好的协议与实验数据,并准确地预测,各种几何床层特性和/或相流率的液体蔓延的趋势。
2015-03-13 physics.flu-dyn
An Energy stable Monolithic Eulerian Fluid-Structure Numerical Scheme *
在欧拉框架中的连续介质力学守恒定律除了应力张量的表达外,在流体和固体之间没有区别,通常与流体的牛顿假设和超弹性固体的亥姆霍兹能量势有关。以速度为未知量,建立了流固耦合的整体方法。在这篇文章中,这样的配方分析时,流体是可压缩的,流体是不可压缩的。这个想法并不新鲜,但网格生成器和数值方案,如特征Galerkin方法的进展,使这种方法可行,合理的鲁棒性。本文给出了该方法及其离散化,并通过能量估计讨论了其稳定性。数值部分讨论了实现问题,并提供了一些简单的测试。
2017-05-11 cs.CE cs.NA math.NA
Eulerian Lagrangian relations in decaying two dimensional incompressible Navier Stokes fluids across initial vorticity packing and Reynolds number
Institute for Plasma Research(等离子体研究所);Homi Bhabha National Institute(霍米·巴巴国立研究所)
研究在宽(VPF, Re)参数空间下,初始涡度填充率(VPF)和雷诺数(Re)如何影响衰减二维不可压缩Navier-Stokes流体中的欧拉-拉格朗日关系,发现非平衡逆级联区关系保持但后期相干涡准平衡区直接对应不普适。
2026-06-24 physics.flu-dyn
A fully Eulerian solver for the simulation of multiphase flows with solid bodies: application to surface gravity waves
本文提出了一种用于多相流研究的全欧拉解算器,用于模拟表面重力波在潜体上的传播。本文采用流体体积法求解不可压纳维-斯托克斯方程,用浸没体法求解固体,用强耦合迭代法求解流固耦合。通过泊松方程的解来强制流体的不可压缩性,由于液相界面上的密度跳跃,泊松方程必须采用Dodd & Ferrante的分裂程序[12]。求解器通过与经典的流体-结构相互作用的测试用例进行比较来验证,如压力驱动通道中的颗粒迁移,多相流,圆柱体的水出口,并且所有测试都具有良好的一致性。此外,我们显示的情况下,表面重力波传播的求解器的应用程序,并验证了求解器可以重现波和钟摆之间的能量交换。最后,考虑了水下球体诱导波浪的三维溢出破碎问题。
2020-06-09 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Stochastic Eulerian Lagrangian Methods for Fluid-Structure Interactions with Thermal Fluctuations
我们提出的方法进行研究的流体-结构相互作用的热波动。采用欧拉和拉格朗日参考系相结合的混合力学描述。我们建立耦合这些描述的运营商的一般条件。随机驱动场的形式主义来自使用原则从统计力学。的形式主义的随机微分方程被发现表现出显着的刚度在某些物理制度。为了应付这个问题,我们推导出减少随机微分方程的几个物理制度。我们还提出了随机数值方法,每个政权近似的流体-结构动力学,并有效地产生所需的随机驱动场。为了验证在每个政权的方法,我们进行分析的流体结构形式主义的随机动力学的不变概率分布。我们将这种分析与统计力学的结果进行了比较。为了进一步证明该方法的适用性,我们进行计算研究的球形粒子具有平移和旋转的自由度。我们将这些研究与流体力学的结果进行了比较。所提出的方法为流体-结构系统提供了一套相当通用的计算方法,用于处理一致的结构力学,流体动力耦合和热波动。
2010-09-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
DeepLag: Discovering Deep Lagrangian Dynamics for Intuitive Fluid Prediction
Tsinghua University(清华大学)
针对欧拉视角下流体动力学难以预测的问题,提出DeepLag方法,通过追踪自适应采样关键粒子发现隐藏拉格朗日动力学,结合拉格朗日与欧拉信息实现高效可解释的流体预测,在多类任务中表现优异。
2024-11-02 cs.LG physics.flu-dyn
A Monolithic Eulerian Formulation for non-Classical Fluid-Structure Interaction (nCFSI): Modeling and Simulation
本文在非经典连续介质的框架下,提出了一种新的整体欧拉方程,用于流固耦合问题的分析。在这方面,Cosserat连续理论考虑到微观旋转自由度的粒子被认为是。提出了非经典流固耦合系统的模型和控制流动力学的变分形式的连续描述。该模型通过计算Hecht和Pironneau(2017)的一个众所周知的基准问题来分析。算法描述和实现使用FreeFEM++。利用Turek和Hron(2006)的基准解对带圆柱的旗子绕流问题进行了验证。研究了新的微观结构行为的解决方案和数值模拟和结果显示在图形的形式。一些有趣的功能的流动观察和微观结构特征进行了讨论。
2022-03-13 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
Numerical Study of Cosserat Fluid-Structure Interaction in a Monolithic Eulerian Framework
本文提出了一种非经典意义下的整体欧拉变分方法,用于在微观结构水平上分析微观粘性参数。在这方面,Cosesrat流体-结构相互作用CFSI现象考虑到考虑微旋转自由度的颗粒。给出了CFSI问题的控制方程和变分形式。采用有限元法和半隐格式对空间和时域进行离散。该模型使用FreeFem++实现和评估。通过计算一个著名的基准问题FLUOK-FSI-3*,对本模型进行了分析,其中考虑了带圆柱的旗帜的绕流进行了数值试验。结果表明,微旋转粘度与振荡幅度成反比,微旋转粘度参数对微旋转场的影响比对速度场的影响大。
2022-03-12 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
A Corrsin type approximation for Lagrangian fluid Turbulence
在拉格朗日湍流中,人们面临着这样一个难题:尽管在二维欧拉湍流的逆叶栅中不存在不连续性,但二维纳维尔-斯托克斯流几乎与三维流一样是间歇性的。此外,惯性范围很难探测,它是否存在也值得怀疑。在这里,我们调查的过渡欧拉拉格朗日概率密度函数(PDF),导致一种新的类型的拉格朗日结构函数。这拥有一个扩展的惯性范围类似的情况下,示踪粒子在冻结的湍流速度场。这允许连接到欧拉横向结构函数的缩放。
2007-05-22 physics.flu-dyn
Emergent Non-Eulerian Hydrodynamics of Quantum Vortices in Two Dimensions
我们开发了一个粗粒度的描述点涡模型,发现大量的平面涡和反涡的行为作为一个无粘非欧拉流体在大尺度。出射的二元涡旋流体受到欧拉方程中不存在的异常应力的影响,这是由量子涡旋的奇异性引起的。二元涡旋流体是可压缩的,并且具有不对称的柯西应力张量,允许轨道角动量与涡量和涡旋密度交换。异常应力驱动的涡旋剪切流的解析解与点涡模型的数值模拟非常一致。
2017-10-31 cond-mat.quant-gas physics.flu-dyn
Arbitrary Lagrangian--Eulerian finite element method for curved and deforming surfaces. I. General theory and application to fluid interfaces
本文提出了一种适用于任意弯曲和变形的二维材料和界面的任意拉格朗日-欧拉(ALE)有限元法。ALE理论通过赋予表面以网格而发展,该网格的面内速度不需要依赖于面内材料速度,并且可以任意指定。该理论的有限元实现制定和适用于曲面和变形表面与面内不可压缩流。通过将表面张力局部投影到分段线性函数的不连续空间上,消除了与面内不可压缩性相关的数值非稳定性。一般等参有限元方法,基于任意曲面参数化曲线坐标,测试和验证对几个数值基准。一个新的物理见解是通过应用ALE的发展,圆柱形流体膜,这是计算和分析发现是稳定的非轴对称扰动,不稳定的长波长轴对称扰动时,其长度超过其周长。一个拉格朗日计划得到的ALE制定的特殊情况。虽然无法模拟流体膜与持续剪切流,拉格朗日格式验证再现圆柱形不稳定性。然而,相对于ALE的结果,拉格朗日模拟被发现有空间未解决的区域,节点很少,因此误差较大。
2020-03-20 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.comp-ph
A note on the consistency of Hybrid Eulerian/Lagrangian approach to multiphase flows
本文的目的是介绍和讨论的不一致性误差时,可能会出现欧拉和拉格朗日模型耦合的湍流多分散两相流的模拟。在这些混合模型中,实际上同时隐含地使用了两个湍流模型,尽管它们的公式明显不同,但检查它们是否一致是必要的。这个问题出现在特别是在非常小的颗粒,或示踪剂限制颗粒的情况下,它表明,耦合不一致的湍流模型(欧拉和拉格朗日)可能会导致非物理的结果,特别是二阶流体速度矩。这个问题说明了一些计算的流体颗粒在湍流槽道流使用几种耦合策略。
2009-12-10 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
Lagrangian and Eulerian velocity structure functions in hydrodynamic turbulence
从纳维-斯托克斯方程出发,得到了充分发展流体湍流的拉格朗日和欧拉横向速度结构函数。结构函数服从惯性范围内的标度关系。标度指数的计算分析不使用尺寸的考虑。所得到的值是在一个非常好的协议与最近的数值和实验数据。
2009-11-19 physics.flu-dyn
twoPhaseInterTrackFoam: an OpenFOAM module for Arbitrary Lagrangian/Eulerian Interface Tracking with Surfactants and Subgrid-Scale Modeling
该研究实现了非结构化有限体积ALE界面追踪方法的OpenFOAM模块twoPhaseInterTrackFoam,用于模拟不可压缩不混溶两相流,还包含SGS建模框架以提高尖锐边界层模拟精度,简化新SGS模型添加和PDE应用。
2025-02-11 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Topology optimization for particle flow problems using Eulerian-Eulerian model with a finite difference method
本研究提出一种基于有限差分法和Eulerian-Eulerian模型的拓扑优化方法,通过最大化粒子曳力变化并减少流体功率耗散来设计流场,数值结果证明蛇形流场能有效增强粒子曳力变化。
2024-12-27 math.OC physics.flu-dyn
Hamiltonian variational formulation of three-dimensional, rotational free-surface flows, with a moving seabed, in the Eulerian description
自60年代以来,哈密顿变分原理为在无旋性假设下发展非线性自由表面流动的非常成功的波动理论提供了手段。这一成功,再加上认识到几乎所有的海洋流动都不是无旋的,提出了将汉密尔顿原理推广到旋转自由表面流动的问题。自50年代后期以来,流体区域内的流体运动方程一直是用哈密顿原理导出的欧拉描述的。然而,一个完整的变分制定的问题,包括边界条件的推导,似乎是缺乏到现在为止。在本工作中给出了这样的公式。控制流体运动的微分方程推导通常,从典型的拉格朗日,约束与质量守恒和守恒的流体包裹身份。为了获得边界条件,一般微分变分约束引入边界变分方程,导致一个重新制定,使我们能够推导出所有边界的流体,包括自由表面的运动学和动力学条件。一个有趣的功能,出现在本变分推导的运动学边界条件,是一个双重的可能性,获得通常的运动学条件(相同的无旋流)或不同类型的条件,对应于零切向速度的边界。这些发现的深层含义和意义似乎值得进一步分析。
2022-08-05 physics.flu-dyn
A compact Eulerian representation of axisymmetric inviscid vortex sheet dynamics
流体力学中的一个经典问题是被无粘流体包围的轴对称涡面在表面张力作用下的运动。拉格朗日描述这些动态是众所周知的,涉及复杂的非局部表达式的径向和纵向速度的椭圆积分。在这里,我们使用这些先前的结果,在一个显式的通量形式与封闭体积守恒的片半径$r(z,t)$达到一个非常紧凑和精确的欧拉演化方程。磁通量出现作为一个积分,涉及成对的互感公式的涡流回路对第一次推导出亥姆霍兹和麦克斯韦。我们展示了在存在表面张力和流动的情况下圆柱涡面的著名的线性稳定性结果[A.M. Sterling和C.A. Sleicher,$J.~Fluid~Mech.$ ${\bf 68}$,477(1975)]可以直接从该制剂中获得。此外,Eggers和Dupont [ $J.~Fluid~Mech.$ $\textbf{262}$ 205(1994); $SIAM~J.~Appl.~Math.$ ${\bf 60}$,1997(2000)],它是理解液滴夹断中奇异性形成的基础,在本形式中作为细长轴对称涡面渐近分析中的首阶项导出,并且应该为奇点形成的严格分析提供起点。
2017-11-13 physics.flu-dyn
An exact relation between Eulerian and Lagrangian velocity increment statistics
我们提出了拉格朗日速度增量分布和欧拉速度增量分布之间的正式联系,该联系适用于从不可压缩流体中的湍流到磁流体动力学湍流的各种湍流系统。对于二维湍流的逆级联制度的情况下,我们数值估计在这方面所涉及的过渡概率。在这种情况下,我们能够直接识别的过程,导致强烈的非高斯统计的拉格朗日速度增量。
2008-10-01 physics.flu-dyn
Particle settling in turbidity currents: concentration-gradient-driven biased sampling
Imperial College London(帝国理工学院);Toulouse INP–ENSEEIHT(图卢兹国立理工大学-ENSEEIHT)
通过双向耦合欧拉-拉格朗日直接数值模拟,发现颗粒位置处采样流体速度的向上偏差主导了有效沉降速度的降低,并建立了跨全水深的简单模型。
2026-10-20 physics.flu-dyn
Transport equation for the drift velocity in predicting the filtered Eulerian drag force: a theoretical development
漂移速度已被证明具有显着的相关性过滤欧拉阻力的大量相关分析完全解决了模拟。它是一个亚网格量,定义为颗粒相看到的过滤气体速度与解析的过滤气体速度之间的差异。在文献中,它表明,各种代数模型的漂移速度不能给出完全令人满意的预测过滤阻力。不同于以往的工作,我们理论上推导出的传输方程的漂移速度从标准的双流体模型(TFM)方程没有任何额外的假设。新的方法,虽然需要额外的封闭新的未解决的条款,被认为有可能提高精度的估计,这个子网格数量,从而更好地预测过滤后的阻力气固流化问题。
2018-08-13 physics.flu-dyn
Shock waves in dispersive Eulerian fluids
利用Whitham平均法研究了一维等熵Euler方程在三阶色散正则化后,初始阶跃产生色散激波的长时间行为。在适度的假设下,跳跃条件(DSW轨迹和速度)的容许,弱DSW的特点,发现仅取决于色散的符号(凸或凹)和一般的压力法。两种机制导致足够大的跳跃,这个简单的波DSW理论的故障被确定:色散的符号的变化,导致调制方程中的梯度灾难,和真正的非线性调制方程中的损失。大振幅DSW构造几个特定的色散流体与不同的压力定律的广义非线性薛定谔方程。这些包括超流体(玻色-爱因斯坦凝聚体和超冷费米子)和“光学流体”。给出了光滑初值下的破缺时间估计和激波管问题的长时间行为。数值模拟比较有利的渐近结果在弱到中等幅度制度。在大振幅制度的偏差确定与故障的简单波DSW理论。
2013-12-04 nlin.PS physics.flu-dyn
A hybrid partitioned deep learning methodology for moving interface and fluid-structure interaction
我们提出了一个混合分区深度学习框架,用于流体-结构相互作用的降阶建模。在任意拉格朗日-欧拉参考系下,利用离散化的Navier-Stokes方程,生成流场全阶快照和点云位移,作为流体-结构动力学学习和推理的目标数据。这种方法的混合操作是通过基于深度学习的降阶模型(DL-ROM)将流体和固体子域的两个数据驱动模型结合起来。提出的框架包括分区的数据驱动的驱动程序的非定常流和移动点云位移。在流体-结构界面处,力信息在两个分区子域求解器之间交换。我们的框架的第一个组成部分依赖于适当的正交分解为基础的递归神经网络(POD-RNN)作为DL-ROM过程来推断点云与移动接口。该模型利用POD基模式来降低维度,并通过RNN使它们及时进化。第二部分采用基于卷积的递归自编码器网络(CRAN)作为一个自我监督的DL-ROM程序来推断静态欧拉探针的非线性流动动力学。我们引入这些探头作为空间结构化的查询节点在移动点云处理拉格朗日欧拉冲突一起方便训练CRAN驱动程序。为了确定这些欧拉探针,我们构建了一个新的快照字段传输和负载恢复算法。一个流行的原型流固耦合问题的流动过去的自由振荡的气缸被认为是评估所提出的方法的效率为一个不同的一组减少的速度。所提出的框架跟踪接口描述可接受的精度和预测的非线性尾流动力学在选定的测试数据范围。
2021-10-30 physics.flu-dyn
Fluid-structure interaction with $H(\text{div})$-conforming finite elements
本文提出了一种新的应用(高阶)$H(\text{div})$协调的杂交间断伽辽金有限元方法的整体流固耦合(FSI)。任意拉格朗日欧拉(ALE)描述推导出$H(\text{div})$协调有限元包括Piola变换,产生精确的发散自由流体速度的解决方案。通过Turek和Hron [50]提出的基准问题证明了所产生的方法。通过hp-细化策略,克服了奇异性和边界层,从而获得最佳空间收敛速率。
2020-05-13 physics.comp-ph physics.flu-dyn
Eulerian Field-Theoretic Closure Formalisms for Fluid Turbulence
Wyld [2]和Martin,Siggia,and Rose(MSR)[3]的形式主义解决了基于主要为量子场论开发的技术的均匀各向同性湍流(HIT)的统计处理的闭合问题。在Wyld形式主义中,有一个众所周知的双重计数问题,Lee [44]提出了{ \it ad hoc}解决方案。我们展示了如何从形式主义的基本方程以更自然的方式实现这种校正。这导致了我们所谓的“改进的Wyld-Lee重整化微扰理论”。MSR指出,他们的形式主义比Wyld的形式主义有更多的顶点函数,并基于此认为Wyld的形式主义是不正确的。然而,仔细比较这两种形式主义在这里表明,Wyld形式主义遵循不同的程序的MSR形式主义,所以顶点校正的治疗出现在不同的方式在两种形式主义。考虑到这一点,随着澄清这两种形式主义,我们发现,他们是等价的,我们证明这四阶。
2012-12-05 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Rotational flow underlying coupled surface and internal waves. I: Eulerian perspective
University College Cork(科克大学);Technological University Dublin(都柏林理工大学)
本文从欧拉视角探讨了耦合表面波与内部波在双流体层模型中的旋转流动现象,揭示了涡度对流体内部临界层和停滞点的影响。
2026-01-18 math.DS physics.flu-dyn
Direct numerical simulation of a moist cough flow using Eulerian approximation for liquid droplets
COVID-19大流行激发了对呼吸事件的流体动力学的多项研究。在这里,我们提出了一种计算方法,在该方法中,呼吸液滴被粗粒化成由流体流线平流的欧拉液体场。利用封闭模型对湿咳嗽的蒸发时间尺度的时空依赖性进行了直接数值模拟。对于初始液滴尺寸为$10 μ$ m的情况,提供了Stokes数的估计,发现Stokes数<<1,从而证明忽略液滴惯性是合理的。使用拉格朗日跟踪方法在文献中报道的咳嗽流的几个重要特征已被准确地捕获使用我们的计划。提出了一些新的结果,包括蒸发时间为“轻度”咳嗽,饱和度温度图和涡量和液体场之间的良好的相关性。本方法对于研究携带病毒的飞沫的远距离传播特别有用。
2021-10-05 physics.flu-dyn
An Eulerian-based immersed boundary method for particle suspensions with implicit lubrication model
我们描述了一种浸入边界方法,其中的流固耦合是在欧拉框架中实现的。该方法是最初由Kajishima等人[1]开发的浸入边界法的改进扩展,该方法考虑了颗粒体积内虚拟流体的惯性,因此能够再现中性浮力物体以及颗粒与流体之间存在密度差的情况下颗粒的行为。该方法能够处理多个悬浮物体的存在,即,通过包括软球法向碰撞模型,而通常添加到类似的浸入边界方法中以捕获子网格未分辨的润滑力的润滑校正在这里被隐含地处理,即,自然地获得,而没有任何显式表达式,因此不需要额外的计算。我们表明,我们的方法可以成功地再现在剪切流的颗粒悬浮液的流变学的致密制度(最大颗粒体积分数约46%),而无需任何额外的校正力。这种方法的适用性也进行了测试,在湍流压力驱动的管道流在高雷诺数的存在下,不可忽略的惯性和非均匀的剪切速率,与实验测量结果显示出良好的一致性。
2022-01-11 physics.flu-dyn
A sharp interface Lagrangian-Eulerian method for flexible-body fluid-structure interaction
本文提出一种用于柔性体流固耦合的锐界面浸入式拉格朗日-欧拉方法,结合IB方法灵活性与贴体方法精度,采用Dirichlet-Neumann耦合和惩罚法处理流固子问题,支持多速率时间步进,在基准测试和血栓捕获模拟中验证了其有效性。
2023-01-29 cs.NA math-ph math.MP
Numerical Studies of Particle Laden Flow in Dispersed Phase
为了更好地理解湍流中的流体动力学流动行为,已经使用我们基于MUSCL-QUICK和有限体积算法的直接数值(DNS)软件DSM研究了颗粒-流体流动。采用基于欧拉-欧拉准布朗运动(QBM)的方法研究颗粒流。显示了与工业应用和生物医学应用的喷雾机制非常相关的各种粒度的动力学。
2012-07-10 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A hybrid Lagrangian -- Eulerian flow solver applied to elastically mounted cylinders in tandem arrangement
以串列圆柱流固耦合为验证基础,建立了多域拉格朗日-欧拉混合流场求解器。在这种混合组合中,在每个实体周围定义有限宽度的单独网格,在该网格上使用有限体积近似求解欧拉流动方程。为了互连由网格定义的域,在拉格朗日坐标中描述整个流动,并且通过完全耦合模式中的粒子近似与欧拉网格内的解求解相应的方程。在圆柱体弹性支承的情况下,流动求解器也与结构动力方程强(隐式)耦合。在目前的工作中,欧拉部分解决了可压缩流方程的密度-速度-压力配方,并使用预处理在低Ma,而拉格朗日部分是基于密度-膨胀-涡度-压力配方。首先在$Re=100$上对孤立刚性圆柱体的混合求解器进行验证。然后考虑在$Re=200$处单个弹性安装的气缸的情况,接着考虑刚性或弹性安装的串联布置的两个气缸的情况。与光谱和浸入边界法产生的结果吻合良好,表明混合预测的能力。同时,通过允许网格重叠,证明了该方法在处理复杂的多体流固耦合问题时的灵活性。
2022-07-07 physics.flu-dyn
Influence of a thin compressible insoluble liquid film on the eddy currents generated by interacting surface waves
最近在实验上观察到由相互作用的表面波产生涡流。该现象提供了操纵浸没在流体中的颗粒的可能性。分析表明,在自由表面情况下,由定常表面波产生的涡流的振幅不依赖于流体粘度。在流体表面被几乎不可压缩的薄液膜(即剪切弹性为零)覆盖的情况下,电流在参数上变得更大,与流体粘度的平方根成反比,所述薄液膜由不溶性试剂形成,与流体本体中的耗散相比具有可忽略的内部粘性损失。在这里,我们扩展了理论的薄不溶性膜的剪切弹性为零,剪切和扩张粘度的情况下,任意的弹性压缩模量。我们发现这两个贡献到拉格朗日运动的被动示踪剂,这是由欧拉垂直涡度和斯托克斯漂移平流。而斯托克斯漂移的贡献保持其值的自由表面的情况下外的一个薄的粘性子层,欧拉垂直涡强烈依赖于流体粘度在高值的膜压缩模量。斯托克斯漂移获得了很强的依赖于粘性子层内的流体粘度,然而,这种变化是由欧拉垂直涡量的相反变化补偿。结果,涡电流强度的垂直依赖性由两个衰减指数之和给出,其中两个衰减都是波数的量级。的减量是数值上不同的,所以欧拉的贡献成为主导在某些深度的表面膜与任何压缩模量。
2018-06-08 physics.flu-dyn
Hamiltonian Magnetohydrodynamics: Lagrangian, Eulerian, and Dynamically Accessible Stability -- Examples with Translation Symmetry
由于施加了不同的约束,无耗散流体和磁流体的稳定性条件在拉格朗日、欧拉(能量-卡西米尔)或动态可访问框架内导出时可能采取不同的形式。当存在流动时尤其如此。这些差异进行了明确的探讨,详细工作的两个磁流体动力学的例子:对流对重力在分层流体和旋转磁化等离子体箍缩的conventionally不变的扰动。在第二个例子中,我们以显式形式展示了如何执行Andreussi { \it et al.}中介绍的依赖于时间的重新标记。[物理学] Plasmas { \bf 20},092104(2013)],这使得可以将具有流的欧拉平衡重新公式化为重新标记变量中的拉格朗日平衡。在本文中详细介绍的程序提供了一个范例,可以应用到更一般的等离子体配置,此外扩展到更一般的等离子体描述耗散是缺席。
2016-08-24 math-ph math.MP physics.flu-dyn
Eulerian simulation of complex suspensions and biolocomotion in three dimensions
提出了一种基于参考映射技术(RMT)的三维流固耦合问题数值模拟方法。RMT是一种完全欧拉的流固耦合数值方法,允许流体和大变形弹性固体在一个固定的计算网格上表示。这就消除了其他流固耦合方法中典型的网格化复杂几何形状的需要,并大大简化了流体和固体之间的耦合。我们开发了第一个三维的RMT,并行使用分布式内存的范例,模拟不可压缩的FSI与新胡克固体。作为我们的新方法的一部分,我们开发了一个新的场外推方案,有效地并行工作。通过典型算例,证明了该方法的精度和收敛性,以及在多体系统和主动系统研究中的适用性。这些例子包括沉重的和浮力软椭球体的混合物,盖子驱动的空腔流包含一个软球,和游泳者通过主动应力驱动的解决方案。
2021-03-31 cs.NA math.NA physics.flu-dyn
An advanced heat transfer model for Eulerian-Lagrangian simulations of industrial gas-solid flow systems
针对现有DEM传热模型依赖接触建模且与粗粒化兼容性差的问题,提出基于欧拉框架的新传热模型,通过空隙率简化计算,验证表明温度分布独立于接触状态,且兼容粗粒化DEM,成为工业应用标准。
2025-06-16 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A lattice model for the Eulerian description of heavy particle suspensions
当考虑大系统中的小尺度耦合时,例如大气或高雷诺数下的工业过程,对流体中的分散固相进行建模仍然是一个计算挑战。本文介绍了一种数值模拟湍流中重惯性扩散颗粒动力学的方法。该方法是基于位置/速度相空间粒子分布。速度离散化的灵感来自格子玻尔兹曼方法,并选择匹配两个时间步长之间的离散位移。对于每个空间位置,粒子动量的时间演化近似的有限体积法。所提出的方法进行了测试的粒子经历Stokes粘性阻力与规定的流体速度场在一维使用随机流,并在两个维度的强制不可压缩的纳维-斯托克斯方程的解决方案。结果表明,拉格朗日和欧拉动力学的空间聚类和粒子速度的分散之间的良好协议。这表明了所提出的方法在大斯托克斯数或碰撞过程的细节是重要的情况下的适用性。
2015-08-12 physics.flu-dyn
Acoustic Streaming: An Arbitrary Lagrangian-Eulerian Perspective
我们使用ALE的角度分析声流流动。该制剂源于一个明确的分离的时间尺度导致两个子问题:一阶问题,制定在快速规模的流体位移方面,和制定在缓慢的时间尺度的拉格朗日流速方面的二阶问题。严格的时间平均程序后,二阶问题被证明是内在稳定的,并与精确的边界条件在振荡壁。此外,由于二阶问题直接求解拉格朗日速度,因此该公式不需要采用斯托克斯漂移的概念或任何相关的后处理,从而便于与实验进行直接比较。由于一阶问题是制定的位移场,我们的配方是直接适用于更复杂的微acosutofluidic设备中的流体-结构相互作用的问题。制定的博览会后,我们提出的数值结果,说明了制定相对于目前的方法的优势。
2016-10-01 physics.flu-dyn
Reference map technique for Lagrangian exploration of coherent structures
本文将固体力学中的参考映射技术引入流体拉格朗日分析,无需粒子追踪即可计算FTLE等变形量,并在Taylor-Green涡和湍流槽道流中验证其准确性与相干结构、物质面分析能力。
2024-04-24 physics.flu-dyn
An Eulerian hyperbolic model for heat transfer derived via Hamilton's principle: analytical and numerical study
本文基于哈密顿原理在欧拉坐标下导出一个可压缩流传热新模型,证明其双曲性及与欧拉方程的渐近一致性,并通过解析与数值研究揭示其波动结构特性。
2024-08-10 cs.NA math.AP math.NA
ELPINN: Eulerian Lagrangian Physics-Informed Neural Network
本文提出ELPINN框架,将欧拉与拉格朗日视角耦合,利用粒子轨迹数据重建速度场和压力场,在二维外流、二维内流和三维客舱流动中验证有效,并分析了时间分辨率和粒子数量的影响。
2025-04-12 physics.flu-dyn
Lagrangian vs Eulerian view on the mean drift and streaming flows in orbital sloshing
本文通过截断渐近近似数值求解接触线区域,对比轨道晃动中拉格朗日平均流与欧拉流动,揭示高粘性流体中Stokes漂移的粘性修正与欧拉流动同等重要,并与实验在非共振频率下取得显著一致。
2024-07-03 physics.flu-dyn
Variational principle for frozen-in vortex structures interacting with sound waves
保守流体动力学型模型的一般性质处理从液体连续介质通过的正则形式主义的位置,与应用程序的可压缩欧拉流体动力学,特殊和一般相对论流体动力学,和双流体等离子体模型,包括霍尔磁流体力学。在一个特殊的描述中,动力学变量除了流体密度的欧拉场和正则动量的势分量外,还包括广义涡度的冻结线的形状。这种变分原理可以作为减少自由度的近似动力学模型的基础。
2003-04-28 physics.flu-dyn
Metriplectic Algebra for Dissipative Fluids in Lagrangian Formulation
众所周知,欧拉变量中耗散流体的动力学可以从观测量的莱布尼茨括号代数(metriplectic algebra)推导出来,metriplectic代数通过对称的半定分量扩展了零粘度极限的泊松代数。该公制括号产生耗散力。元代数包括守恒的总哈密顿量$H$,产生动力学的非耗散部分,以及那些微观自由度不可逆地消耗能量的熵$S$,产生耗散。这$S$是一个Casimir的泊松代数的metriplectic代数减少在无摩擦的限制。在本文中,metriplectic框架的粘性流体是重写的拉格朗日公式,系统是通过材料变量描述:这是一种方式来描述连续更接近离散系统动力学比欧拉场。因此,全元代数是在材料变量中构造的,这将使其有可能应用于拉格朗日公式的所有情况。熵$S$的作用是一个metriplectic系统的最重要的哈密尔顿$H$,但这一事实可能被低估的欧拉公式,因为$S$不是唯一的卡西米尔辛非正则部分的代数。相反,当非理想流体的动力学通过拉格朗日公式的包裹变量来写时,熵是辛不变的这一事实似乎更清楚地与其对流体的微观自由度的依赖性有关,而微观自由度根本不参与代数的辛正则部分(实际上,其仅涉及和演化流体块的宏观自由度)。
2014-09-23 physics.flu-dyn
Lagrangian approach for modal analysis of fluid flows
The Ohio State University(俄亥俄州立大学)
本文提出了一种用于流体流动模态分析的拉格朗日方法,通过转换欧拉框架到拉格朗日框架,解决了网格变形和非均匀基流的问题,并揭示了流体稳定性及后临界动态。
2021-10-02 physics.flu-dyn
Irreversible Port-Hamiltonian Formulations for 1-Dimensional fluid systems
University Mohammed VI Polytechnic(穆罕默德六世polytechnic大学);Brandenburg University of Technology Cottbus-Senftenberg(勃兰登堡理工大学科特布斯-森夫滕贝格分校);Universidad Tecnica Federico Santa Maria(费德里科·Santa玛利亚科技大学);Université Marie et Louis Pasteur, SUPMICROTECH, CNRS, institut FEMTO-ST(玛丽和路易斯巴斯德大学,SUPMICROTECH,CNRS,FEMTO-ST研究所)
本文提出了一种扩展的不可逆端口哈密顿系统框架,用于建模具有粘性耗散的非等熵流体,并确保热力学定律的满足。
2026-03-11 cs.SY eess.SY physics.flu-dyn
Lagrangian evaluation of polymeric stress in viscoelastic fluids
Purdue University(普渡大学);School of Advanced Engineering, Dehradun, Uttarakhand, India(印度北阿坎德邦德里多恩先进工程学院);Tufts University(塔夫茨大学);Northeastern University(东北大学)
提出一种拉格朗日积分方案,通过流体轨迹上的变形梯度历史重构聚合物应力场,避免求解欧拉本构方程,适用于数值模拟和实验速度场。
2026-07-03 physics.flu-dyn
Simultaneous Eulerian-Lagrangian velocity measurements of particulate pipe flow in transitional regime
我们提出了一个独特的管流钻机能够同时在一个稀释的,中性浮力颗粒管流过渡到湍流制度的粒子跟踪和流速测量。流动由固体玻璃球的分散相,和密度匹配的流体的载体相。测量使用定制的,结合2D PIV/ PTV技术进行。该技术利用了相位鉴别方法,该方法涉及基于分散相和载体相各自的图像特性来分离分散相和载体相。结果表明,该装置及其实现的技术可以用于研究稀浓度下的过渡颗粒管流。
2019-09-26 physics.flu-dyn