基于光滑質(zhì)點(diǎn)水動(dòng)力學(xué)(SPH)方法的自由表面流動(dòng)數(shù)值模擬研究.pdf_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、自由表面流動(dòng)問(wèn)題一直是水動(dòng)力學(xué)研究中的熱點(diǎn)問(wèn)題。其中,物體入水問(wèn)題由于有著廣泛的工程應(yīng)用背景而始終為許多研究者所關(guān)注。在對(duì)物體入水問(wèn)題的模擬過(guò)程中,自由面的大變形問(wèn)題始終是研究的難點(diǎn)所在。而易于處理自由面的大變形過(guò)程則是SPH方法最大的優(yōu)點(diǎn),因此本文采用SPH方法研究了物體入水等自由表面流動(dòng)問(wèn)題。本文推導(dǎo)了SPH方法的流體動(dòng)力學(xué)控制方程,自主研發(fā)了基于SPH方法的流場(chǎng)計(jì)算軟件,通過(guò)大量算例驗(yàn)證了自主開(kāi)發(fā)的計(jì)算軟件,并用以模擬物體的低速入

2、水問(wèn)題,給出了圓盤(pán)入水問(wèn)題及楔形體入水問(wèn)題的數(shù)值模擬結(jié)果。
   本文的主要工作如下:
   1.自行開(kāi)發(fā)了基于SPH方法的并行化、水.氣兩相流流場(chǎng)計(jì)算軟件,對(duì)各種不同的人工粘性項(xiàng)形式、密度重新初始化公式和邊界處理方法等各種數(shù)值處理技術(shù)進(jìn)行了測(cè)試,并測(cè)試了單相流SPH模型和兩相流SPH模型。通過(guò)大量的算例對(duì)計(jì)算程序進(jìn)行了驗(yàn)證。
   2.總結(jié)了SPH方法的各種常用固壁邊界處理技術(shù),并分析了各種處理方法的優(yōu)缺點(diǎn)。本

3、文對(duì)現(xiàn)有的處理方法進(jìn)行了改進(jìn),提出了一種改進(jìn)的固壁邊界處理方法。在改進(jìn)方法中,固壁邊界點(diǎn)上的壓強(qiáng)通過(guò)其附近的流體質(zhì)點(diǎn)的壓強(qiáng)插值得到,能夠得到更準(zhǔn)確的壓強(qiáng),進(jìn)而得到更為準(zhǔn)確的流場(chǎng)情況。通過(guò)具體的計(jì)算例子驗(yàn)證了本文提出的改進(jìn)方法的有效性。
   3.提出了無(wú)反射邊界處理方法,在固壁邊界附近設(shè)置與數(shù)值波浪水槽中的消波層相類(lèi)似的海綿層吸收到達(dá)固壁上的壓力波,消除壓力波在邊界上的反射,避免反射波對(duì)流場(chǎng)造成干擾,從而可以采用較小的計(jì)算域進(jìn)行

4、計(jì)算,大大節(jié)省了計(jì)算量。
   4.實(shí)現(xiàn)了SPH模型的并行化方法,并對(duì)并行化SPH程序的并行效率進(jìn)行了詳細(xì)的分析討論。
   5.應(yīng)用本文自行開(kāi)發(fā)的SPH流場(chǎng)計(jì)算程序研究了物體入水問(wèn)題。首先采用柱坐標(biāo)下軸對(duì)稱(chēng)形式的SPH方法研究了圓盤(pán)的入水過(guò)程,比較了不同F(xiàn)roude數(shù)下液面的封閉形式,研究了圓盤(pán)相對(duì)潛深與Froude數(shù)的關(guān)系,并與文獻(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。采用并行化單相SPH程序模擬了楔形體入水初期過(guò)程。對(duì)比了計(jì)算及實(shí)

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