Level Set 法と PLIC-VOF 法のカップリングによる格子ボルツマン法の 3 次元自由表面流れ解析モデルの構築
Level Set 法と PLIC-VOF 法のカップリングによる格子ボルツマン法の 3 次元自由表面流れ解析モデルの構築
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DOI：
10.11421/jsces.2018.20182003
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发表时间：
2018-01
期刊：
影响因子：
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通讯作者：
兼太 佐藤;俊一 越村
中科院分区：
文献类型：
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作者：
兼太 佐藤;俊一 越村
自由表面流问题在城市地区的海啸流等灾害模拟中经常出现。在这种情况下，一个非静力自由面模型需要进行海啸淹没模拟。然而，由于压力泊松方程的计算是在不可压缩的流动中进行的，因此很难进行三维大规模的海啸模拟。在目前的研究中，我们已经开发了一个完全显式的三维自由表面模型的格子玻尔兹曼方法与分段线性界面重建方法。此外，我们还利用由界面分数产生的伪Level Set函数，在简单耦合Level Set和Volume of Fluid方法的基础上，精确地确定了界面法矢。通过经典溃坝问题的算例，证明了模型精度随网格间距的变化而收敛。此外，我们的模型可以无缝计算界面形状和解决人为振荡。
Free surface flow problems occur in disaster simulations such as tsunami flow in urban area. In this situation, a non-hydrostatic free surface model is required to perform a tsunami inundation simulation. It is, however, difficult to carry out three-dimensional large-scale tsunami simulations because of the computing of the pressure Poisson equation in the incompressible flows. In current study, we have developed a fully explicit three-dimensional free surface model by the lattice Boltzmann method with the Piecewise Linear Interface Reconstruction approach. In addition, we have used pseudo Level Set function generated by the interface fraction to determine the interface normal vector accurately based on the Simple-Coupled Level Set and Volume of Fluid method. Through the classical dam-breaking problem, we demonstrated that our model has a convergence of model accuracy according to the spacing grid sizes. Besides, our model can calculate the interface shapes seamlessly and settle the artificial oscillations.