21.11.2024 - 10:32:44

Computers & Fluids

An Eulerian-Lagrangian decomposition for scalar transport at high schmidt number with adaptive particle creation and removal

At high Schmidt or Prandtl numbers, scalar length scales are much smaller than velocity scales, requiring fine grids and careful management of numerical diffusion. A previously developed Euler-Lagrangian decomposition (ELD) method addresses this by splitting the scalar field into a low-wavenumber component handled in an Eulerian framework and a high-wavenumber component reconstructed with Lagrangian particles. However, particle-based reconstruction can introduce noise, increasing computational cost or obscuring smooth scalar structures.
This paper introduces an improved approach that uses anisotropic diffusion as an edge-detection method to target steep gradient regions for particle addition. A novel particle removal strategy is also proposed to reduce computational cost and noise in scalar smooth regions, and it has been tested here for the first time.

Bei hohen Schmidt- oder Prandtl-Zahlen sind die skalaren Längenskalen deutlich kleiner als die Geschwindigkeitsskalen, was feine Gitter und eine sorgfältige Kontrolle numerischer Diffusion erfordert. Die zuvor entwickelte Methode Euler-Lagrangian-decomposition (ELD) begegnet diesem Problem, indem das Skalarfeld aufgeteilt wird in eine niederfrequente Komponente, die in einem Euler'schen Koordinatensystem behandelt wird, und eine hochfrequente Komponente, die mit Lagrange'schen Partikeln rekonstruiert wird. Die partikelbasierte Rekonstruktion kann jedoch Rauschen verursachen, was entweder die Rechenkosten erhöht oder glatte skalare Strukturen überdeckt.
Diese Arbeit stellt einen verbesserten Ansatz vor, bei dem anisotrope Diffusion zur Erkennung von Kanten verwendet wird, um in Bereichen mit steilen Gradienten gezielt Partikel hinzuzufügen. Außerdem wird eine neuartige Strategie zur Entfernung von Partikeln vorgeschlagen, um die Rechenkosten und das Rauschen in Bereichen glatter Skalarfelder zu reduzieren, die hier erstmals getestet wurde.

Paper link: https://doi.org/10.1016/j.compfluid.2024.106490