非牛顿流固耦合问题的半隐式分区ALE有限元-间断有限元耦合算法研究

作     者：高普阳 胡小林 GAO Puyang;HU Xiaolin

作者机构：长安大学理学院陕西西安710064 

出 版 物：《浙江大学学报（理学版）》 (Journal of Zhejiang University（Science Edition）)

年 卷 期：2024年第51卷第4期

页      面：450-458页

核心收录：

学科分类：07[理学] 070102[理学-计算数学] 0701[理学-数学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(11901051,11971075) 陕西省科协青年人才托举计划项目(20220504) 陕西数理基础科学研究项目(23JSQ040) 

主　　题：流固耦合 非牛顿流体 幂律模型 半隐式 有限元 

摘      要：针对非牛顿流固耦合问题,提出了任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)框架下的半隐式分区有限元-间断有限元耦合算法。其数学模型主要包括非牛顿流体和固体结构的控制方程,以及流体-固体交界面上的边界条件。固体结构由弹性材料组成,非牛顿流体由幂律型本构模型描述。用分裂格式对非牛顿流体控制方程进行解耦,得到若干子方程;通过有限元、间断有限元方法求解对应恰当类型的子方程。用中心差分及标准有限元方法分别对固体结构弹性动力学方程进行时间和空间离散;用修正的Laplace移动网格方法处理固体结构的形变及流体区域网格的变化过程。最后用数值算法研究了带有圆弧顶端梯形结构体的非牛顿流固耦合问题,并详细分析了结构体高度、入口速度及流体特性等因素对流固耦合问题的影响及机理。