Meshfree Lagrangian frameworks for free surface flow simulations do not conserve fluid volume. Meshfree particle methods like SPH are not mimetic, in the sense that discrete mass conservation does not imply discrete volume conservation. On the other hand, meshfree collocation methods typically do not use any notion of mass. As a result, they are neither mass conservative nor volume conservative at the discrete level. In this paper, we give an overview of various sources of conservation errors across different meshfree methods. The present work focuses on one specific issue: unreliable volume and mass definitions. We introduce the concept of representative masses and densities, which are essential for accurate post-processing especially in meshfree collocation methods. Using these, we introduce an artificial compression or expansion in the fluid to rectify errors in volume conservation. Numerical experiments show that the introduced frameworks significantly improve volume conservation behaviour, even for complex industrial test cases such as automotive water crossing.


翻译:无网格拉格朗日框架用于自由表面流模拟时不会保持流体体积。网格无关粒子方法(如SPH)不是模拟对称的,而紧束方法通常不使用任何质量的概念。因此,它们在离散级别既不是质量守恒的也不是体积守恒的。本文概述了不同无网格方法中各种守恒误差的来源。本文关注一个特定问题,即不可靠的体积和质量定义。我们引入了代表性质量和密度的概念,这对于无网格紧束方法尤其重要,以实现准确的后处理。使用这些概念,我们引入了人工压缩或扩张流体来纠正体积守恒中的误差。数值实验表明,引入的框架显著提高了体积守恒行为,即使对于像汽车过水这样的复杂工业测试案例也是如此。

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