SPH Simulation of Low Reynolds Number Planar Shear Flow and Heat Convection

Abstract

The present study reports on a set of computer programmable SPH formulations, which are used to simulate transient planar shear flows, and in particular Poiseuille flow and Couette flow with different types of body forces. The flows examined have Reynolds numbers within the range 0.05∼50. SPH results agree well with analytical solutions for those situations amenable to an analytical treatment, with the largest deviation being less than 2.0 %. The accuracy of a SPH formulation for heat convection, with particular emphasis in the viscous heat dissipation, is also tested via a steady convective heat transfer case for a combined Poiseuille and Couette flow. SPH-Simulation ebener Scherstromungen bei niedrigen Reynoldszahlen und Warmekonvektion Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Reihe programmierbarer SPH-Formulierungen zusammnegestellt, die zur Simulation transienter ebener Scherstromungen, d. h. Poisson- und Couette-Stromung mit verschiedenen Arten von Volumenkraften, benutzt werden. Die untersuchten Stromungen haben Reynolds-Zahlen im Bereich 0.05∼50. Die SPH-Ergebnisse zeigen eine gute Ubereinstimmung mit analytischen Ergebnissen, wobei die groste Abweichung kleiner als 2,0 % ist. Die Genauigkeit einer SPH-Formulierung fur konvektive Warmeubertragung unter besonderer Berucksichtigung der viskosen Warmedissipation wird bei stationarer konvektiver Warmeubertragung mittels einer kombinierten Poisson/Couette-Stromung getestet.