5.6.3 欧拉网格与拉格朗日网格
2025年09月26日
5.6.3 欧拉网格与拉格朗日网格
要更好地理解流固耦合的实现机理,须先理解两种类型的网格。一种是网格节点不运动,但节点上的参数发生变化,这种类型的网格称为欧拉网格;另一种是网格节点会在流动影响下发生运动,这种网格称为拉格朗日网格。
欧拉网格侧重于表述“场”,把流体的性质定义为空间位置与时间的函数。通俗而言,就是把空间分成一个个屋子,屋子的位置不变,流体可以自由进出这些屋子;在计算时,给每个屋子一个“门牌号”;在演化后,我们关注的是每个门牌号的屋子里到底在发生什么:想知道某个屋子里的情况,按门牌号对应“敲门”即可。
拉格朗日网格侧重于表述“质点”(又称“流体微元”),把流体的性质按质点/流体微元来逐个定义;定义的方法通常是把这些性质写成初始坐标的函数,即用质点的坐标改变来描述其运动。通俗而言,就是把流体划分成一个个包裹,包裹的位置一直在移动,大小也会变化,但流体不会穿透包裹袋。首先,给包裹们编号;在演化后,按包裹的编号找包裹,再拆开包裹看内容。
这两种类型的网格有各自不同的适应场景。例如,欧拉网格适合描述一个区域内固定点上的参数改变,如流动中的密度、速度、温度、熵、焓,甚至单位流体中的磁通量,等等;拉格朗日网格适合描述雾霾粒子、河流中的泥沙、水中的气泡、风洞中的示迹的烟,乃至风中的树叶、大洋中的鱼群等的运动规律。这两套网格所表述的方法在一定条件下是可以互相转换的。
综上,结合我们关注的问题,LBM采用欧拉网格,IB则采用拉格朗日网格。