A discontinuous viscosity coefficient makes the jump conditions of the velocity and normal stress coupled together, which brings great challenges to some commonly used numerical methods to obtain accurate solutions. To overcome the difficulties, a kernel free boundary integral (KFBI) method combined with a modified marker-and-cell (MAC) scheme is developed to solve the two-phase Stokes problems with discontinuous viscosity. The main idea is to reformulate the two-phase Stokes problem into a single-fluid Stokes problem by using boundary integral equations and then evaluate the boundary integrals indirectly through a Cartesian grid-based method. Since the jump conditions of the single-fluid Stokes problems can be easily decoupled, the modified MAC scheme is adopted here and the existing fast solver can be applicable for the resulting linear saddle system. The computed numerical solutions are second order accurate in discrete $\ell^2$-norm for velocity and pressure as well as the gradient of velocity, and also second order accurate in maximum norm for both velocity and its gradient, even in the case of high contrast viscosity coefficient, which is demonstrated in numerical tests.


翻译:不连续的粘结系数使速度和正常压力的跳跃条件结合在一起,给一些常用的数字方法带来巨大的挑战,以获得准确的解决办法。为了克服困难,制定了一个与修改的标记和细胞(MAC)办法相结合的内核自由边界集成法(KFBI),以不连续的粘结方式解决两阶段斯托克斯问题。主要的想法是利用边界整体方程式将两阶段的斯托克斯问题改造成单流式的斯托克斯问题,然后通过喀尔提斯网基法间接评估边界组成部分。由于单浮点问题的跳跃条件可以很容易解开,因此在这里采用修改的MAC办法,现有的快速解答器可以适用于由此产生的线性马鞍系统。计算的数字解决办法在速度和压力的离子 $/ell2美元-诺尔米和速度梯度方面是第二顺序,在速度和梯度的最高标准方面也是第二顺序,即使在高对比度的对比度测试中,在数字系数中也显示这个数值系数。

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