This paper introduces an efficient algorithm for the sequential positioning (or nested dissection) of two planar interfaces in an arbitrary polyhedron, such that, after each truncation, the respectively remaining polyhedron admits a prescribed volume. This task, among others, is frequently encountered in the numerical simulation of three-phase flows when resorting to the geometric Volume-of-Fluid method. For two-phase flows, the recent work of Kromer & Bothe (doi.org/10.1016/j.jcp.2021.110776) addresses the positioning of a single plane by combining an implicit bracketing of the sought position with up to third-order derivatives of the volume fraction. An analogous application of their highly efficient root-finding scheme to three-material configurations requires computing the volume of a twice truncated arbitrary polyhedron. The present manuscript achieves this by recursive application of the Gaussian divergence theorem in appropriate form, which allows to compute the volume as a sum of quantities associated to the faces of the original polyhedron. With a suitable choice of the coordinate origin, accounting for the sequential character of the truncation, the volume parametrization becomes co-moving with respect to the planes. This eliminates the necessity to establish topological connectivity and tetrahedron decomposition after each truncation. After a detailed mathematical description of the concept, we conduct a series of carefully designed numerical experiments to assess the performance in terms of polyhedron truncations. The high efficiency of the two-phase positioning persists for sequential application, thereby being robust with respect to input data and possible intersection topologies. In comparison to an existing decomposition-based approach, the number of truncations was reduced by up to an order of magnitude.


翻译:本文引入了一种高效的算法, 用于任意的多面体中两个平板界面的连续定位( 或嵌入解剖), 这样, 每次计时后, 剩下的多面体将各自剩下的多面体都接受一个指定音量。 除其他外, 使用几何体积的多面体方法, 在三相体流的数值模拟中经常遇到这项任务。 在两阶段流中, Kromer & Bothe( doi. org/ 10.10.1016/ j. comp. 20211.110776) 的最近工作通过将所寻求的方位的隐含的括号与量分数的第三阶衍生物合并来定位。 在对三相效率方案进行类似的应用时, 要对三相高效的根调查方案进行类似的应用, 要计算两次计数任意多面体积的任意多面体积。 对于高面体积的变形体积, 可以用原始聚体积的面形体积组合组合组合的体积总和体积的体积总体积, 。 在对调的轨体积的轨积的轨积值进行后, 将计算中, 要变的内, 的轨积的轨积的内, 要到直值的直值的直值的轨值的直到直值的直值的值的直向,,,,, 直向,,, 直向的直向的直向的直向到直向到直向,, 直向的轨值的轨值的轨值的轨值的轨值的轨值的值,,,要到直向到直向到直向到直向,, 的直向,,,,, 的直向的直向,, 直向到直向, 直向, 直向, 直向, 直向到直到直向, 直向, 直向, 直向, 直向, 直向, 直向, 直向, 直向, 直向, 直向, 直向, 直向, 直向, 直向, 直向, 直向, 直向, 直向, 直向

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