SPH方法在自由表面流動中的應用.pdf

1、SPH（Smoothed Particle Hydrodynamics）方法是近年來新興的無網(wǎng)格的、純拉格朗日粒子方法，在天體物理，水動力學以及其他相關學科中已經受到應運用。與網(wǎng)格數(shù)值方法相比，這類方法的優(yōu)點在于能方便地模擬自由表面的大變形問題。本文采用SPH方法結合海岸工程方面的算例，探討SPH方法在海岸工程方面的應用。這方面的課題不僅具有理論意義，也有潛在的工程實用價值和應用前景。 本文對SPH方法的基本概念以及函數(shù)的SPH

2、形式的推導作了簡要的介紹，并對SPH方法中用到的光滑函數(shù)的求解方法作了初步研究。推導了流體力學基本方程N-S方程的SPH形式，介紹了使用SPH方法進行水動力學模擬所需的基本條件以及相關的處理方法，對人工粘性、人工壓縮性、邊界處理、粒子搜索方法等方面進行了初步探討。 使用SPH方法對塊體滑坡進行了二維數(shù)值模擬，包括水下塊體滑坡和塊體滑坡入水，并且將模擬結果跟文獻報道的試驗結果進行了對比，結果表明：SPH方法對塊體滑坡現(xiàn)象的模擬非常

3、成功，計算結果給出了塊體下滑過程中，水體表面出現(xiàn)的二次卷破現(xiàn)象，以及在塊體上方出現(xiàn)兩個方向相反的旋渦，當水面平靜下來以后漩渦依然存在。另外，結果表明塊體滑坡產生的向外傳播的波為長波，同時給出了滑坡過程中水壓力分布狀況；通過對塊體滑坡入水的SPH二維數(shù)值模擬，再現(xiàn)了塊體滑坡入水過程中塊體與水體的分離現(xiàn)象，以及水體撞擊塊體以后發(fā)生的粒子飛濺現(xiàn)象。對塊體滑坡的SPH二維數(shù)值模擬顯示了SPH方法在處理自由表面大變形問題上的優(yōu)越性。 對動

4、量方程的SPH形式進行了改進以減小數(shù)值耗散帶來的影響，并且在模型中引入大渦模擬（LES），建立亞質點尺度（Sub-particle Scale）湍流模型。首先完成了平底水槽中孤立波傳播的數(shù)值模擬。研究了孤立波在直立墻上的爬高，得出了不同波高水深比的孤立波和其爬高的關系。通過SPH模擬發(fā)現(xiàn)當波高水深比超過一定值的波浪爬墻時發(fā)生破碎，無法保持光滑的自由面形態(tài)。研究了孤立波在斜坡海岸上的爬坡破碎，給出了孤立波在斜坡海岸上的爬坡回落過程。通過S