一种基于多矩的有限体积浸入边界法

基于多矩VSIAM3格式及浸入边界法, 提出一套在复杂计算区域内求解不可压缩流动的数值格式.不可压N-S方程使用VSIAM3格式进行离散, 引入浸入边界法处理复杂、移动边界, 使用虚拟网格方法计算动量方程修正项, 同时还考虑了对连续方程的修正.使用标准算例对数值模式进行验证

Une nouvelle mise en oeuvre de la méthode IIM pour les équations de Navier-Stokes en présence d'une force singulière

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Une nouvelle méthode smoothed particle hydrodynamics : simulation des interfaces immergées et de la dynamique Brownienne des molécules avec des interactions hydrodynamiques

Dans cette thèse, nous présentons une nouvelle méthode smoothed particle hydrodynamics (SPH) pour la résolution des équations de Navier-Stokes incompressibles, même en présence des forces singulières. Les termes de sources singulières sont traités d'une manière similaire à celle que l'on retrouve dans la méthode Immersed Boundary (IB) de Peskin (2002) ou de la méthode régularisée de Stokeslets (Cortez, 2001). Dans notre schéma numérique, nous mettons en oeuvre une méthode de projection sans pression de second ordre inspirée de Kim et Moin (1985). Ce schéma évite complètement les difficultés qui peuvent être rencontrées avec la prescription des conditions aux frontières de Neumann sur la pression. Nous présentons deux variantes de cette approche: l'une, Lagrangienne, qui est communément utilisée et l'autre, Eulerienne, car nous considérons simplement que les particules SPH sont des points de quadrature où les propriétés du fluide sont calculées, donc, ces points peuvent être laissés fixes dans le temps. Notre méthode SPH est d'abord testée à la résolution du problème de Poiseuille bidimensionnel entre deux plaques infinies et nous effectuons une analyse détaillée de l'erreur des calculs. Pour ce problème, les résultats sont similaires autant lorsque les particules SPH sont libres de se déplacer que lorsqu'elles sont fixes. Nous traitons, par ailleurs, du problème de la dynamique d'une membrane immergée dans un fluide visqueux et incompressible avec notre méthode SPH. La membrane est représentée par une spline cubique le long de laquelle la tension présente dans la membrane est calculée et transmise au fluide environnant. Les équations de Navier-Stokes, avec une force singulière issue de la membrane sont ensuite résolues pour déterminer la vitesse du fluide dans lequel est immergée la membrane. La vitesse du fluide, ainsi obtenue, est interpolée sur l'interface, afin de déterminer son déplacement. Nous discutons des avantages à maintenir les particules SPH fixes au lieu de les laisser libres de se déplacer. Nous appliquons ensuite notre méthode SPH à la simulation des écoulements confinés des solutions de polymères non dilués avec une interaction hydrodynamique et des forces d'exclusion de volume. Le point de départ de l'algorithme est le système couplé des équations de Langevin pour les polymères et le solvant (CLEPS) (voir par exemple Oono et Freed (1981) et Öttinger et Rabin (1989)) décrivant, dans le cas présent, les dynamiques microscopiques d'une solution de polymère en écoulement avec une représentation bille-ressort des macromolécules. Des tests numériques de certains écoulements dans des canaux bidimensionnels révèlent que l'utilisation de la méthode de projection d'ordre deux couplée à des points de quadrature SPH fixes conduit à un ordre de convergence de la vitesse qui est de deux et à une convergence d'ordre sensiblement égale à deux pour la pression, pourvu que la solution soit suffisamment lisse. Dans le cas des calculs à grandes échelles pour les altères et pour les chaînes de bille-ressort, un choix approprié du nombre de particules SPH en fonction du nombre des billes N permet, en l'absence des forces d'exclusion de volume, de montrer que le coût de notre algorithme est d'ordre O(N). Enfin, nous amorçons des calculs tridimensionnels avec notre modèle SPH. Dans cette optique, nous résolvons le problème de l'écoulement de Poiseuille tridimensionnel entre deux plaques parallèles infinies et le problème de l'écoulement de Poiseuille dans une conduite rectangulaire infiniment longue. De plus, nous simulons en dimension trois des écoulements confinés entre deux plaques infinies des solutions de polymères non diluées avec une interaction hydrodynamique et des forces d'exclusion de volume.

Simulation de la nage anguilliforme

Ce document traite premièrement des diverses tentatives de modélisation et de simulation de la nage anguilliforme puis élabore une nouvelle technique, basée sur la méthode de la frontière immergée généralisée et la théorie des poutres de Reissner-Simo. Cette dernière, comme les équations des fluides polaires, est dérivée de la mécanique des milieux continus puis les équations obtenues sont discrétisées afin de les amener à une résolution numérique. Pour la première fois, la théorie des schémas de Runge-Kutta additifs est combinée à celle des schémas de Runge-Kutta-Munthe-Kaas pour engendrer une méthode d’ordre de convergence formel arbitraire. De plus, les opérations d’interpolation et d’étalement sont traitées d’un nouveau point de vue qui suggère l’usage des splines interpolatoires nodales en lieu et place des fonctions d’étalement traditionnelles. Enfin, de nombreuses vérifications numériques sont faites avant de considérer les simulations de la nage.

Numerical study of the atmospheric flow over a coastal cliff

This work presents a numerical method suitable for the study of the development of internal boundary layers (IBL) and their characteristics for flows over various types of coastal cliffs. The IBL is an important meteorological occurrence for flows with surface roughness and topographical step changes. A two-dimensional flow program was used for this study. The governing equations were written using the vorticity-velocity formulation. The spatial derivatives were discretized by high-order compact finite differences schemes. The time integration was performed with a low storage fourth-order Runge-Kutta scheme. The coastal cliff (step) was specified through an immersed boundary method. The validation of the code was done by comparison of the results with experimental and observational data. The numerical simulations were carried out for different coastal cliff heights and inclinations. The results show that the predominant factors for the height of the IBL and its characteristics are the upstream velocity, and the height and form (inclination) of the coastal cliff. Copyright (C) 2010 John Wiley & Sons, Ltd.

A Robust, Fully Adaptive Hybrid Level-Set/Front-Tracking Method for Two-Phase Flows with an Accurate Surface Tension Computation

We present a variable time step, fully adaptive in space, hybrid method for the accurate simulation of incompressible two-phase flows in the presence of surface tension in two dimensions. The method is based on the hybrid level set/front-tracking approach proposed in [H. D. Ceniceros and A. M. Roma, J. Comput. Phys., 205, 391400, 2005]. Geometric, interfacial quantities are computed from front-tracking via the immersed-boundary setting while the signed distance (level set) function, which is evaluated fast and to machine precision, is used as a fluid indicator. The surface tension force is obtained by employing the mixed Eulerian/Lagrangian representation introduced in [S. Shin, S. I. Abdel-Khalik, V. Daru and D. Juric, J. Comput. Phys., 203, 493-516, 2005] whose success for greatly reducing parasitic currents has been demonstrated. The use of our accurate fluid indicator together with effective Lagrangian marker control enhance this parasitic current reduction by several orders of magnitude. To resolve accurately and efficiently sharp gradients and salient flow features we employ dynamic, adaptive mesh refinements. This spatial adaption is used in concert with a dynamic control of the distribution of the Lagrangian nodes along the fluid interface and a variable time step, linearly implicit time integration scheme. We present numerical examples designed to test the capabilities and performance of the proposed approach as well as three applications: the long-time evolution of a fluid interface undergoing Rayleigh-Taylor instability, an example of bubble ascending dynamics, and a drop impacting on a free interface whose dynamics we compare with both existing numerical and experimental data.

Simulação numérica do escoamento de jatos impingentes axissimétricos confinados

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Implementação e teste do método da fronteira imersa para a simulação do escoamento em torno de cilindros estacionários e rotativos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Modelagem da interação fluido-estrutura usando o método da fronteira imersa: aplicação ao estudo do escoamento em torno de um cilindro confinado

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Modelagem numérica do escoamento em válvulas automáticas de compressores pelo Método da Fronteira Imersa

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Simulação numérica do escoamento em difusores radiais usando o método da fronteira imersa

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Análise de métodos numéricos de diferenças finitas para solução da equação de Poisson em domínios irregulares

Pós-graduação em Matematica Aplicada e Computacional - FCT

Modelagem numérica do escoamento em válvulas de compressores alternativos pelo método da fronteira imersa com refinamento adaptativo

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEIS

Subdivision-stabilised immersed b-spline finite elements for moving boundary flows

An immersed finite element method is presented to compute flows with complex moving boundaries on a fixed Cartesian grid. The viscous, incompressible fluid flow equations are discretized with b-spline basis functions. The two-scale relation for b-splines is used to implement an elegant and efficient technique to satisfy the LBB condition. On non-grid-aligned fluid domains and at moving boundaries, the boundary conditions are enforced with a consistent penalty method as originally proposed by Nitsche. In addition, a special extrapolation technique is employed to prevent the loss of numerical stability in presence of arbitrarily small cut-cells. The versatility and accuracy of the proposed approach is demonstrated by means of convergence studies and comparisons with previous experimental and computational investigations.