A fast and spectrally accurate Ewald summation method for the evaluation of stokeslet, stresslet and rotlet potentials of three-dimensional Stokes flow is presented. This work extends the previously developed Spectral Ewald method for Stokes flow to periodic boundary conditions in any number (three, two, one, or none) of the spatial directions, in a unified framework. The periodic potential is split into a short-range and a long-range part, where the latter is treated in Fourier space using the fast Fourier transform. A crucial component of the method is the modified kernels used to treat singular integration. We derive new modified kernels, and new improved truncation error estimates for the stokeslet and stresslet. An automated procedure for selecting parameters based on a given error tolerance is designed and tested. Analytical formulas for validation in the doubly and singly periodic cases are presented. We show that the computational time of the method scales like O(N log N) for N sources and targets, and investigate how the time depends on the error tolerance and window function, i.e. the function used to smoothly spread irregular point data to a uniform grid. The method is fastest in the fully periodic case, while the run time in the free-space case is around three times as large. Furthermore, the highest efficiency is reached when applying the method to a uniform source distribution in a primary cell with low aspect ratio. The work presented in this paper enables efficient and accurate simulations of three-dimensional Stokes flow with arbitrary periodicity using e.g. boundary integral and potential methods.


翻译:演示了一种快速且光谱准确的 Ewald 和图法方法, 用于评价三维 Stokes流流的电流比、 压力和转盘潜能值。 这项工作扩展了先前开发的Spectoral Ewald 方法, 用于 Stokes 在一个统一的框架内, 以空间方向中的任何数字( 3、 2、 1或无) 向定期边界条件( 3、 2、 1或无) 流动。 周期潜力被分成一个短程和长程部分, 后者在 Fourier 空间中使用快速 Fleier 变换处理。 方法的一个关键组成部分是用于处理单体整合的修改内核。 我们为 spoil 生成新的任意内核循环, 以及新的经改进的 Stokeslete 方法, 用于 Stokesl 校验参数的自动化程序。 用于Strewy and sload sload serveyal roduferal le lection time le: the legal legal listal legal le diversal distret the cal diver diver diver diver diversal divers the tract pal diversal diplate diplations ditional diplations list diplations diver diversal ditional ditional ditional diplations diversal ditional diplutal ditionalital dicumental le) cumental dicumental dicumental dicumental dicumental dicumental dicumental dicumental dicumental dicuments) 立, 立, 立, 立, dicudal 立, dicumental 立, 立, dicumental lex dicument lex 立, 立, 立, 一种在使用一种在使用一个在最快速的 一种在最快速的 直流中, 直源中, 直流流流中, 直流算算算算算

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