基于緩解壓力振蕩MPS法的數(shù)值水池研究.pdf

1、在計(jì)算流體力學(xué)領(lǐng)域中，對(duì)于大變形自由表面的問(wèn)題研究一直在不斷的進(jìn)展。計(jì)算流體力學(xué)領(lǐng)域中的數(shù)值模擬方法主要分為無(wú)網(wǎng)格法和網(wǎng)格法兩種，其中無(wú)網(wǎng)格法在解決表面問(wèn)題具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。移動(dòng)粒子半隱式法（Moving-Particle Semi-Implicit Method, MPS）是一種新的基于拉格朗日（Lagrange）粒子的無(wú)網(wǎng)格方法，MPS法著眼于跟蹤粒子的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)變化過(guò)程。因此 MPS法不需要建立網(wǎng)格，尤其在模擬大變形自由

2、表面的問(wèn)題可以簡(jiǎn)化網(wǎng)格布置的過(guò)程，得到比較理想的模擬效果。
　　MPS法雖然在模擬自由液體自由表面有一定的優(yōu)勢(shì)，但是自身的壓力振蕩性問(wèn)題嚴(yán)重限制了此方法在工程上的應(yīng)用。在MPS法的研究過(guò)程中許多人做了相關(guān)緩解壓力的研究，但效果都不是特別好。本文從MPS壓力產(chǎn)生的原因著手，在MPS法的壓力泊松方程中加入了在計(jì)算流體力學(xué)領(lǐng)域中常用的保證流體不可壓縮性的散度為0的條件共同控制壓力方程，減少壓力的振蕩性。利用緩解壓力振蕩的改進(jìn) MPS法和

3、原方法進(jìn)行了潰壩模型和液艙晃蕩模型進(jìn)行模擬驗(yàn)證。通過(guò)這兩個(gè)算例的對(duì)比驗(yàn)證了緩解壓力振蕩的改進(jìn) MPS法在數(shù)值模擬過(guò)程中成功的緩解了壓力振蕩現(xiàn)象。
　　波浪是船舶與海洋工程類(lèi)和港口航道與近海工程中最重要的動(dòng)力因素之一。數(shù)值波浪水池是研究波浪的主要數(shù)值手段之一，既避免了建立物理模型的費(fèi)時(shí)費(fèi)力，同時(shí)數(shù)值波浪水池在空間尺度、可控制性方面具有更大的擴(kuò)展性。本文根據(jù)上海交通大學(xué)的船模拖曳水池的模型進(jìn)行等比例縮小，成功地利用MPS法的初始模擬完

4、成了數(shù)值水池的建立。
　　在數(shù)值模擬領(lǐng)域中，大渦模擬是一種最新的解決湍流這種最常見(jiàn)的流動(dòng)模式的研究方法，效果比較不錯(cuò)。本文將 MPS法大渦模擬成功的應(yīng)用在新建立的數(shù)值水池上，并進(jìn)行造波模擬。針對(duì)MPS法大渦模擬造成的水池波浪振蕩過(guò)大的問(wèn)題，利用新開(kāi)發(fā)的緩解壓力振蕩的改進(jìn)MPS法大渦模擬進(jìn)行造波模擬，成功的控制了數(shù)值水池造波壓力過(guò)大的問(wèn)題，得到不錯(cuò)的造波效果。同時(shí)在MPS法大渦模擬的造波過(guò)程中針對(duì)不動(dòng)核函數(shù)進(jìn)行造波模擬的比較，得出