非一致性界面热流固耦合整体求解方法

"该文提出了一种非一致性界面热流固耦合作用的整体求解方法，主要应用于自然科学领域，特别是涉及流体与固体相互作用的问题。文中详细介绍了求解过程，包括基于Boussinesq假设和不可压缩Navier-Stokes方程的热流体求解，使用ALE方法处理流体区域运动，以及采用拟固体元方法模拟流体区域的变形。对于固体部分，通过几何非线性的热弹性动力学进行描述。关键创新在于利用基于Gauss积分点的数据交换方法来确保界面处的应力和传热平衡，对形成的强非线性方程进行整体求解。数值实例验证了该方法的有效性和稳定性。该研究对热流固耦合系统的理解和模拟有重要意义，适用于如航空、透平机、生物工程、化工和船舶工业等多个领域的应用。" 本文详细探讨了热流固耦合（Thermo-Fluid-Solid Interaction，简称TFSI）系统的研究，特别是在非一致性界面条件下的整体求解策略。作者首先指出，等温和非等温的流固耦合作用在多个科学与工程领域中都至关重要，例如飞机机翼的震动分析、透平机叶片的跨音速流动模拟、生物工程中的脉冲流动分析等。 文章的核心贡献是一种新的整体求解方法。这种方法采用了Boussinesq假设，这是处理热流体问题时常用的一个简化假设，用于处理密度因温度变化而产生的影响。不可压缩的Navier-Stokes方程则用于描述流体的动态行为。流体区域的运动通过任意Lagrange-Euler（ALE）方法处理，这允许流体域随时间改变其形状和位置。 在固体部分，研究使用了几何非线性的热弹性动力学模型，考虑了固体在受热或冷却时的形变和应变。为了确保流体和固体在界面处的应力和热传递平衡，研究中提出了一种基于Gauss积分点的数据交换方法。这种方法能有效处理界面上的强非线性问题，从而实现整体求解，避免了传统分区求解方法的时间滞后问题。 此外，文中还对比了松耦合、强耦合分区求解和整体求解的优缺点，强调整体求解在稳定性和耦合系统收敛性方面的优势。数值实例分析进一步证明了所提方法的有效性和可靠性。 该研究提供了一种新的、全面的处理非一致性界面热流固耦合问题的工具，对于提高相关领域的数值模拟精度和效率具有重大意义。同时，它也为未来的研究提供了理论基础和技术参考。