文献分享:运动边界下的动量交换法力计算的修正,

如题,这是一篇对LBM中动量交换法的修正,使用与运动边界下边界力的计算,写代码亲测过,效果很好

Caiazzo A, Junk M. Boundary forces in lattice Boltzmann: Analysis of momentum exchange algorithm[J]. Computers & Mathematics with Applications, 2008, 55(7): 1415-1423.

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我虽然不是做流固耦合这块的,也看了下这篇文章。简单说下我看完的想法,不知道对不对哈。(这个系统好像不支持公式,就先这样插入图了。有什么不对的欢迎指正)

Caiazzo等看起来是做展开去做截断项的修正,然后壁面点 $\vec{x}_b$ 在 $\vec{c}_i$ 方向的受力写出来就变成这样

其中:

  • $\vec{x}_f$ 和 $\vec{x}_s=\vec{x}_f+\vec{c}_i \delta_t$ 分别是流体和固体点,
  • $w_i$ 是 $\vec{c}_i$ 的权重,
  • $c_s$ 为格子声速,
  • $\vec{u}_b$ 是壁面点 $\vec{x}_b$ 的速度。

看起来有点像想把与宏观速度 $\vec{u}_b$ 的部分剔除掉,来增强伽利略不变性。


如果是这个想法的话,我记得还有个更简单的操作:

Wen, B.; Zhang, C.; Tu, Y.; Wang, C.; Fang, H. Galilean invariant fluid–solid interfacial dynamics in lattice Boltzmann simulations. J. Comput. Phys. 2014, 266, 161–170.

你说的这篇论文也很经典,我抽时间仔细对比一下

Caiazzo 的确是通过渐近展开识别并扣除参考速度相关的伪力项;Wen 2014 用相对壁面速度来写动量交换,物理解释和实现都更直接。

不过我觉得两者不能直接看成同一个公式的繁简版本。Caiazzo 式 (26) 是逐链的渐近修正,除了二次 \(u_b\) 项还扣除了 \(2w_i\mathbf c_i\);Wen 式相对传统 MEA 的修正则是 \(-\mathbf u_b(f_i-f_{-i})\),二者方向和依赖量都不同,而且 \(u_b=0\) 时也不相同。

Caiazzo 论文的另一个关键结论是:即使做完这个修正,曲边界上的单链局部应力仍然振荡,需要沿边界平均;Wen 主要解决的是伽利略不变性和总力波动,并不直接替代这部分分析。

所以,如果目标是移动边界的总力和力矩,我也更倾向用 Wen/GIMEM;如果讨论的是 Caiazzo 的局部应力一致性和收敛性,则不能直接用 Wen 式代替。

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