EPIC: The Elliptical Parcel-In-Cell method
EPIC: The Elliptical Parcel-In-Cell method
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EPIC：椭圆包裹细胞方法
DOI：
10.1016/j.jcpx.2022.100109
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Frey M
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Frey M
我们提出了一种新的方法来模拟一般的二维流动，这也可以应用到其他领域的连续介质力学。该方法概括了粒子在细胞（PIC）的方法，最初用于模拟二维流体动力学，由椭圆包裹表示流体元素。计算这些包裹的旋转和变形，并且包裹分裂超过临界纵横比。相反，通过将小地块与较大地块合并来消除小地块。椭圆包裹体很好地代表了流动变形，并具有良好的守恒性质。在早期的工作相结合的PIC与椭圆形包裹，分裂和合并，涡为基础的框架被使用，并在椭圆形的准确集成是有效地进行两点高斯正交。与包裹分裂和合并的小尺度混合显示出强烈的收敛与网格分辨率。的鲁棒性，通用性，准确性和效率的新的椭圆Parcel-In-Cell（EPIC）方法被证明为各种标准的测试用例，并与标准的伪谱方法进行比较。结果表明，EPIC是一个有前途的，拉格朗日为基础的替代网格为基础的方法。
We present a novel approach to simulating general two-dimensional flows, which could also be applied to other areas of continuum mechanics. The approach generalises the Particle-In-Cell (PIC) method, originally used to model two-dimensional hydrodynamics, by representing fluid elements by elliptical parcels. The rotation and deformation of these parcels are calculated, and parcels split beyond a critical aspect ratio. Conversely, small parcels are eliminated by merging them with larger ones. The elliptical parcels well represent the flow deformation and have excellent conservation properties. In contrast to earlier work that combined PIC with elliptical parcels that split and merge, a vorticity-based framework is used, and accurate integration over ellipses is performed efficiently by two-point Gaussian quadrature. The small-scale mixing associated with parcel splitting and merging is shown to be strongly convergent with grid resolution. The robustness, versatility, accuracy and efficiency of the new Elliptical Parcel-In-Cell (EPIC) method is demonstrated for a variety of standard test cases, and compared with a standard pseudo-spectral method. The results indicate that EPIC is a promising, Lagrangian-based alternative to grid-based methods.
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