使用 Oseen 张量求解带壁的斯托克斯流

计算科学 流体动力学 边界条件 傅立叶分析 纳维斯托克斯 谱法
2021-12-15 03:43:08

介绍

我开发了一个代码来解决广义的、不可压缩的 2D Stokes 流

η2vp+S=0

.v=0

其中可以包括附加应力张量的力或梯度,SΠ

S=f+.Π+

在这段代码中,我使用以下流体动力学传播器在傅立叶空间中解决上述问题,

v~=1ηk2(δk^k^).S~

我使用 FFTW 进行数值计算,在 x 和 y 方向具有周期性边界条件。该代码已经过验证,例如,在流过周期性圆柱阵列的基准问题上,由浸入式边界代码产生的力。

如果我想扩展此代码以包括处的墙壁,没有滑动和渗透,我仍然可以使用上述的修改版本来解决这个问题吗?y=0,Ly

一个想法可能是仅在 y 方向上这会等于上的零梯度 BC吗?sinΠ

谢谢 - 非常感谢任何帮助!

3个回答

如果要使用非周期性边界条件,可以将光谱方法快速切比雪夫变换利用快速傅里叶变换;两者都是函数空间上的线性变换,因此在两者之间切换相当于改变了基础,并且您可以重用实现的重要部分。y

我认为,一旦您开发出适合边界条件的 Oseen 张量,答案可能会很明显。(这假设您要继续使用精确的 Oseen 方法来进行流体动力学,而不是明确求解 Stokes 方程。)

您在上面给出的 Oseen 张量适用于对自由空间中的点力的响应。您需要在边界条件下找到对点力的响应的 Oseen 张量 - 在通道壁处 v 为零。我认为您可以使用图像的方法找到它,或者可能只是分解。如果有机会,我会试一试。

FFT 方法在您的应用程序中的好处是 Oseen 张量是对角的 - 您可能需要选择不同的基以使其保持正确,并且转换为该基可能有效也可能无效。

(我不确定如果您在边界上有力,这将如何运作 - 所以我不确定您所说的上的边界条件是什么意思。)Π

我只想为 AJK 的答案添加评论,但我没有足够的代表。Liron 和 Mochon 有一篇1970 年代后期的经典论文 ( http://link.springer.com/article/10.1007/BF01535565 ),它为两个平行板之间的斯托克斯流的格林函数提供了一系列解决方案。