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Jump‐reduced immersed boundary method for compressible flow
International Journal for Numerical Methods in Fluids ( IF 1.7 ) Pub Date : 2020-02-29 , DOI: 10.1002/fld.4821 Hanahchim Choung 1 , Vignesh Saravanan 1 , Soogab Lee 1
International Journal for Numerical Methods in Fluids ( IF 1.7 ) Pub Date : 2020-02-29 , DOI: 10.1002/fld.4821 Hanahchim Choung 1 , Vignesh Saravanan 1 , Soogab Lee 1
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The main challenge of the immersed boundary approach is the proper enforcement of boundary conditions on the body interface without any spurious oscillations, which are induced by the nongrid‐conforming boundary configuration. In this study, a new sharp interface ghost‐cell immersed boundary method (IBM) is proposed for obtaining solutions near the immersed boundary with a high order of accuracy. The main idea is “jump‐reduction” instead of jump‐correction across the boundary interface by combining the ghost‐cell method with the flow reconstruction method. In the proposed IBM, the unknown values at the three points, that is, boundary points, ghost cell, and flow field reconstruction point are solved simultaneously using equations formulated by the moving least‐squares interpolation method. It is a hybrid of ghost‐cell and flow reconstruction methods, correlated with interface values, which result in a reduced jump‐discontinuity. In addition, a discontinuity‐distinguishing algorithm is introduced so that the low‐order method is applied only to the discontinuous or non smooth region, while the current high‐order method is applied elsewhere. Reduced jump‐discontinuity of the proposed IBM has been verified in both subsonic and supersonic flow using fundamental benchmark problems. We observed that the reduced jump‐discontinuity does not hamper the mass conservation and shows even better conservation property than conventional methods due to the nonoscillatory performance in smooth regions. The numerical results further confirm the ability of the proposed IBM to solve complex flow physics with high‐order accuracy and improved stability.
中文翻译：
可压缩流的跳跃式降低浸入边界法
浸入式边界方法的主要挑战是在人体界面上正确执行边界条件，而没有任何杂散振荡，这些杂散振荡是由不符合网格的边界配置引起的。在这项研究中，提出了一种新的尖锐界面幻影细胞沉浸边界方法（IBM），以高精度获得沉浸边界附近的解决方案。主要思想是通过将幻像元方法与流重构方法相结合来实现“跳跃减少”而不是跨边界界面的跳跃校正。在提出的IBM中，使用移动最小二乘内插法公式化的方程式同时求解了边界点，幻影单元和流场重构点这三个点的未知值。它是重影单元和流重构方法的混合体，与接口值相关，从而减少了跳跃不连续性。此外，引入了一种不连续性区分算法，以便将低阶方法仅应用于不连续或非平滑区域，而将当前的高阶方法应用于其他地方。使用基本基准问题，已在亚音速和超音速流中验证了所提出的IBM减少的跳跃不连续性。我们观察到，由于平滑区域的非振荡性能，减少的跳跃不连续性不会妨碍质量守恒，并且显示出比传统方法更好的守恒性。数值结果进一步证实了拟议中的IBM能够以高阶精度和更高的稳定性解决复杂的流动物理问题。与接口值相关联，从而减少了跳跃不连续性。此外，引入了一种不连续性区分算法，以便将低阶方法仅应用于不连续或非平滑区域，而将当前的高阶方法应用于其他地方。使用基本基准问题，已在亚音速和超音速流中验证了所提出的IBM减少的跳跃不连续性。我们观察到，由于平滑区域的非振荡性能，减少的跳跃不连续性不会妨碍质量守恒，并且显示出比传统方法更好的守恒性。数值结果进一步证实了拟议中的IBM能够以高阶精度和更高的稳定性解决复杂的流动物理问题。与接口值相关联，从而减少了跳跃不连续性。此外，引入了一种不连续性区分算法，以便将低阶方法仅应用于不连续或非平滑区域，而将当前的高阶方法应用于其他地方。使用基本基准问题，已在亚音速和超音速流中验证了所提出的IBM减少的跳跃不连续性。我们观察到，由于平滑区域的非振荡性能，减少的跳跃不连续性不会妨碍质量守恒，并且显示出比传统方法更好的守恒性。数值结果进一步证实了拟议中的IBM能够以高阶精度和更高的稳定性解决复杂的流动物理问题。从而减少跳跃不连续性。此外，引入了一种不连续性区分算法，以便将低阶方法仅应用于不连续或非平滑区域，而将当前的高阶方法应用于其他地方。使用基本基准问题，已在亚音速和超音速流中验证了所提出的IBM减少的跳跃不连续性。我们观察到，由于平滑区域的非振荡性能，减少的跳跃不连续性不会妨碍质量守恒，并且显示出比传统方法更好的守恒性。数值结果进一步证实了拟议中的IBM能够以高阶精度和更高的稳定性解决复杂的流动物理问题。从而减少跳跃不连续性。此外，引入了一种不连续性区分算法，以便将低阶方法仅应用于不连续或非平滑区域，而将当前的高阶方法应用于其他地方。使用基本基准问题，已在亚音速和超音速流中验证了所提出的IBM减少的跳跃不连续性。我们观察到，由于平滑区域的非振荡性能，减少的跳跃不连续性不会妨碍质量守恒，并且显示出比传统方法更好的守恒性。数值结果进一步证实了拟议中的IBM能够以高阶精度和更高的稳定性解决复杂的流动物理问题。引入了一种不连续性区分算法，以便将低阶方法仅应用于不连续或非平滑区域，而将当前的高阶方法应用于其他地方。使用基本基准问题，已在亚音速和超音速流中验证了所提出的IBM减少的跳跃不连续性。我们观察到，由于平滑区域的非振荡性能，减少的跳跃不连续性不会妨碍质量守恒，并且显示出比传统方法更好的守恒性。数值结果进一步证实了拟议中的IBM能够以高阶精度和更高的稳定性解决复杂的流动物理问题。引入了一种不连续性区分算法，以便将低阶方法仅应用于不连续或非光滑区域，而将当前的高阶方法应用于其他地方。使用基本基准问题，已在亚音速和超音速流中验证了所提出的IBM减少的跳跃不连续性。我们观察到，由于平滑区域的非振荡性能，减少的跳跃不连续性不会妨碍质量守恒，并且显示出比传统方法更好的守恒性。数值结果进一步证实了拟议中的IBM能够以高阶精度和更高的稳定性解决复杂的流动物理问题。使用基本基准问题，已在亚音速和超音速流中验证了所提出的IBM减少的跳跃不连续性。我们观察到，由于在光滑区域的非振荡性能，减少的跳跃不连续性不会妨碍质量守恒，并且显示出比传统方法更好的守恒性。数值结果进一步证实了拟议中的IBM能够以高阶精度和更高的稳定性解决复杂的流动物理问题。使用基本基准问题，已在亚音速和超音速流中验证了所提出的IBM减少的跳跃不连续性。我们观察到，由于在光滑区域的非振荡性能，减少的跳跃不连续性不会妨碍质量守恒，并且显示出比传统方法更好的守恒性。数值结果进一步证实了拟议中的IBM能够以高阶精度和更高的稳定性解决复杂的流动物理问题。
更新日期：2020-02-29
中文翻译：
可压缩流的跳跃式降低浸入边界法
浸入式边界方法的主要挑战是在人体界面上正确执行边界条件，而没有任何杂散振荡，这些杂散振荡是由不符合网格的边界配置引起的。在这项研究中，提出了一种新的尖锐界面幻影细胞沉浸边界方法（IBM），以高精度获得沉浸边界附近的解决方案。主要思想是通过将幻像元方法与流重构方法相结合来实现“跳跃减少”而不是跨边界界面的跳跃校正。在提出的IBM中，使用移动最小二乘内插法公式化的方程式同时求解了边界点，幻影单元和流场重构点这三个点的未知值。它是重影单元和流重构方法的混合体，与接口值相关，从而减少了跳跃不连续性。此外，引入了一种不连续性区分算法，以便将低阶方法仅应用于不连续或非平滑区域，而将当前的高阶方法应用于其他地方。使用基本基准问题，已在亚音速和超音速流中验证了所提出的IBM减少的跳跃不连续性。我们观察到，由于平滑区域的非振荡性能，减少的跳跃不连续性不会妨碍质量守恒，并且显示出比传统方法更好的守恒性。数值结果进一步证实了拟议中的IBM能够以高阶精度和更高的稳定性解决复杂的流动物理问题。与接口值相关联，从而减少了跳跃不连续性。此外，引入了一种不连续性区分算法，以便将低阶方法仅应用于不连续或非平滑区域，而将当前的高阶方法应用于其他地方。使用基本基准问题，已在亚音速和超音速流中验证了所提出的IBM减少的跳跃不连续性。我们观察到，由于平滑区域的非振荡性能，减少的跳跃不连续性不会妨碍质量守恒，并且显示出比传统方法更好的守恒性。数值结果进一步证实了拟议中的IBM能够以高阶精度和更高的稳定性解决复杂的流动物理问题。与接口值相关联，从而减少了跳跃不连续性。此外，引入了一种不连续性区分算法，以便将低阶方法仅应用于不连续或非平滑区域，而将当前的高阶方法应用于其他地方。使用基本基准问题，已在亚音速和超音速流中验证了所提出的IBM减少的跳跃不连续性。我们观察到，由于平滑区域的非振荡性能，减少的跳跃不连续性不会妨碍质量守恒，并且显示出比传统方法更好的守恒性。数值结果进一步证实了拟议中的IBM能够以高阶精度和更高的稳定性解决复杂的流动物理问题。从而减少跳跃不连续性。此外，引入了一种不连续性区分算法，以便将低阶方法仅应用于不连续或非平滑区域，而将当前的高阶方法应用于其他地方。使用基本基准问题，已在亚音速和超音速流中验证了所提出的IBM减少的跳跃不连续性。我们观察到，由于平滑区域的非振荡性能，减少的跳跃不连续性不会妨碍质量守恒，并且显示出比传统方法更好的守恒性。数值结果进一步证实了拟议中的IBM能够以高阶精度和更高的稳定性解决复杂的流动物理问题。从而减少跳跃不连续性。此外，引入了一种不连续性区分算法，以便将低阶方法仅应用于不连续或非平滑区域，而将当前的高阶方法应用于其他地方。使用基本基准问题，已在亚音速和超音速流中验证了所提出的IBM减少的跳跃不连续性。我们观察到，由于平滑区域的非振荡性能，减少的跳跃不连续性不会妨碍质量守恒，并且显示出比传统方法更好的守恒性。数值结果进一步证实了拟议中的IBM能够以高阶精度和更高的稳定性解决复杂的流动物理问题。引入了一种不连续性区分算法，以便将低阶方法仅应用于不连续或非平滑区域，而将当前的高阶方法应用于其他地方。使用基本基准问题，已在亚音速和超音速流中验证了所提出的IBM减少的跳跃不连续性。我们观察到，由于平滑区域的非振荡性能，减少的跳跃不连续性不会妨碍质量守恒，并且显示出比传统方法更好的守恒性。数值结果进一步证实了拟议中的IBM能够以高阶精度和更高的稳定性解决复杂的流动物理问题。引入了一种不连续性区分算法，以便将低阶方法仅应用于不连续或非光滑区域，而将当前的高阶方法应用于其他地方。使用基本基准问题，已在亚音速和超音速流中验证了所提出的IBM减少的跳跃不连续性。我们观察到，由于平滑区域的非振荡性能，减少的跳跃不连续性不会妨碍质量守恒，并且显示出比传统方法更好的守恒性。数值结果进一步证实了拟议中的IBM能够以高阶精度和更高的稳定性解决复杂的流动物理问题。使用基本基准问题，已在亚音速和超音速流中验证了所提出的IBM减少的跳跃不连续性。我们观察到，由于在光滑区域的非振荡性能，减少的跳跃不连续性不会妨碍质量守恒，并且显示出比传统方法更好的守恒性。数值结果进一步证实了拟议中的IBM能够以高阶精度和更高的稳定性解决复杂的流动物理问题。使用基本基准问题，已在亚音速和超音速流中验证了所提出的IBM减少的跳跃不连续性。我们观察到，由于在光滑区域的非振荡性能，减少的跳跃不连续性不会妨碍质量守恒，并且显示出比传统方法更好的守恒性。数值结果进一步证实了拟议中的IBM能够以高阶精度和更高的稳定性解决复杂的流动物理问题。
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