کد مقاله کد نشریه سال انتشار مقاله انگلیسی نسخه تمام متن
7156038 1462641 2018 34 صفحه PDF دانلود رایگان
عنوان انگلیسی مقاله ISI
A general implicit direct forcing immersed boundary method for rigid particles
ترجمه فارسی عنوان
به طور کلی مستلزم اعمال مستقیم روش مرزی غوطه وری برای ذرات سفت و سخت است
کلمات کلیدی
جریان چند مرحلهای، ذرات سفت و سخت، روش مرزی غوطه ور، اجباری نیمه ضمنی، اتصال قوی
ترجمه چکیده
این مقاله یک روش مرزی غوطه ور جدید برای ذرات سفت و سخت از شکل دلخواه و تراکم دلخواه ارائه می دهد که دقیقا صفر است. به ویژه در مورد دوم، اتصال مایع و بخش جامد نیاز به تکنیک های عددی خاص برای به دست آوردن ثبات. با استفاده از رویکرد مجبور مستقیم، یک الگوریتم با اتصال قوی بین سیال و ذرات توسعه یافته است، که از هر تکرار جهانی بین قسمت سیال و بخش جامد در یک مرحله واحد معاف است. نقطه شروع یک روش پیشنهادی محدود به ذرات کروی است [37]. ثابت شده است که مفهوم اتصال می تواند به ذرات سفت و سخت با اشکال پیچیده تعمیم دهد، که پیشینی نیست. فرمت نیاز به روشهای متفاوتی دارد و بویژه با توجه به حرکت زاویه ذرات. با استفاده از تکنیک های تحلیلی نشان داده شده است که درمان ضمنی نیروی اتصال در معادلات حرکت، در شرایط اضافی مرتبط با یک لایه مایع عددی محصور می شود. به عنوان یک پیشرفت اصلی نسبت به سایر روش های غیر تکراری، طرح پیشنهادی بدون قید و شرط برای تمام محدوده نسبت تراکم و شکل های ذرات اجازه می دهد که مراحل بزرگ زمان، با تعداد کورانت در اطراف وحدت. تا به امروز هیچ رویکرد دیگری از تطبیق غیر تکراری وجود چنین توالی هایی را در ارتباطات متقابل ذرات مایع ارائه نمی دهد. علاوه بر توصیف دقیق روش شناسی و تفاوت آن با سایر روش ها، این مقاله همه تغییرات لازم را برای بهبود روش های مرزی غوطه ور برای جریانهای ذرات از اتصال ضعیف به قوی فراهم می کند. علاوه بر این، اعتبار گسترده ای از طرح برای ذرات از نسبت و شکل چگالی مختلف ارائه شده است. دقت روش و رفتار همگرا به وسیله مطالعات سیستماتیک ارزیابی شده است.
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه سایر رشته های مهندسی مکانیک محاسباتی
پیش نمایش مقاله
به طور کلی مستلزم اعمال مستقیم روش مرزی غوطه وری برای ذرات سفت و سخت است
چکیده انگلیسی
This paper presents a new immersed boundary method for rigid particles of arbitrary shape and arbitrary density, which can be exactly zero. Especially in the latter case, the coupling of the fluid and the solid part requires special numerical techniques to obtain stability. Exploiting the direct forcing approach an algorithm with strong coupling between fluid and particles is developed, which is exempt from any global iteration between the fluid part and the solid part within a single time step. Starting point is a previously proposed method restricted to spherical particles [37]. It is proved that the coupling concept can be generalized to rigid particles with complex shapes, which is not obvious a priori. The extension requires various non-trivial methodological extensions, especially with respect to the angular motion of the particle. Using analytical techniques it is demonstrated that the implicit treatment of the coupling force in the equations of motion results in additional terms related to a surrounding numerical fluid layer. As a main improvement over other non-iterative methods the proposed scheme is unconditionally stable for the entire range of density ratios and particle shapes allowing large time steps, with Courant numbers around unity. To date, no other non-iterative coupling approach offers such a generality regarding fluid-particle interactions. In addition to the detailed description of the underlying methodology and its differences from other methods, the paper provides all modifications required to improve immersed boundary methods for particulate flows from weak to strong coupling. Furthermore, an extensive validation of the scheme for particles of different density ratios and shapes is presented. The accuracy of the method as well as the convergence behavior are assessed by systematic studies.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Computers & Fluids - Volume 170, 15 July 2018, Pages 285-298
نویسندگان
, , ,