复杂边界溃坝流与结构物作用过程的数值模拟

光滑粒子动力学方法(Smoothed Particle Hydrodynamics,简称SPH)方法是一种Lagrange粒子方法,无需网格,抗畸变能力强,能处理大变形、多尺度问题。但是在梯度变化较大的区域精度低、稳定性差;在核近似过程中,由于边界外没有粒子分布,对边界附近的粒子进行求和时,由于粒子不充足会引起边界缺陷问题,而边界缺陷问题会导致在边界上或者在边界附近密度偏小,从而导致压力梯度失真。为了解决边界缺陷问题,需对边界附近的粒子进行修正。应用光滑粒子流体动力学方法(SPH)对二维和三维溃坝波与结构物相互作用过程进行模拟分析,通过对二维和三维溃坝波冲击结构物问题进行数值模拟和分析,合理再现了溃坝波与结构物相互作用的物理过程。     

液滴冲击固体表面的光滑粒子动力学模拟

液滴冲击固体表面的现象广泛地存在于自然界和工业生产中,深入研究液滴冲击固体表面现象对环境工程、微纳米工程以及医药工程等领域有着十分重要的指导作用.该文采用光滑粒子动力学方法(SPH)对液滴冲击固体表面的现象进行了数值模拟.SPH方法是一种纯拉格朗日形式的无网格粒子方法,可以很容易的处理大变形、可变形边界、追踪自由表面以及运动界面.为了提高传统SPH方法的计算精度和数值稳定性,该文在传统SPH方法的基础上对粒子方法中的核梯度进行了修正,采用粒子间相互作用力的形式来模拟表面张力,应用改进的SPH方法对液滴冲击固体表面进行了数值模拟.计算结果表明,改进的SPH方法能够精细地描述液滴冲击固体表面所产生的铺展和飞溅等动力学特性,得到了稳定精确的结果,数值模拟结果与实验观察结果吻合较好.     

SPH方法和MPS方法模拟溃坝问题的比较分析

SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics)方法和MPS (Moving Particle Semi-Implicit)方法是两种常用的无网格粒子法,在处理自由面大变形问题方面有较大的灵活性,然而这两种方法在数值格式、计算效率和收敛性等方面有许多不同之处.本文以二维溃坝问题为例对SPH方法和MPS方法进行了比较分析,结果表明:SPH方法易于给出更为清晰、光滑的自由面形状,而MPS方法给出的粒子分布较为凌乱;在收敛性上,随着初始粒子间距的减小,SPH和MPS均趋于收敛,但MPS方法收敛得更快些;对于时间步长,在满足CFL条件且计算稳定的情况下,对结果影响不是很大;在计算效率上,SPH方法具有较高的效率,适合求解大型复杂流动问题,而MPS方法计算量较大.通过对SPH方法和MPS方法的比较分析,为具体问题计算选用不同的无网格粒子方法提供了选择依据.     

二维两相流压力方程的边界元数值解

边界元法是求解工程问题的一种新的数值计算方法。本文将这一新的数值计算方法应用到油藏数值模拟中来,求解了二维两相流的压力方程。为二维两相流数值模拟的研究开辟了又一途径。     

流化床内复杂物料气力筛分问题的数值仿真分析

该文应用基于离散相模型的拉格朗日粒子跟踪多相流方法,对某种工业流化床内复杂物料气力筛分过程进行了数值仿真分析。采用等效椭球粒子模拟复杂物料,通过Rosin-Rammler粒径分布函数和圆球变形系数的重构来引入物料组分的物理属性差异,通过与实验数据对比获得特殊边界上多孔介质模型参数,数值计算了设定气动参数范围内的物料运动和筛分现象,分析了气动参数和结构参数对物料流动现象的影响,并对流化床结构进行优化,获得了复杂物料良好气力筛分的仿真预报。     

SPH中的内外单元粒子搜索技术

本文应用SPH数值逼近方法离散NS方程,建立了二维水动力数值模型.自由表面施加Dirichlet条件,固边界采用固定壁粒子,镜像粒子施加完全滑移条件,压力采用状态方程计算.提出了内外单元粒子搜索技术,计算效率较传统的DSM和Mihai方法有显著提高,对粒子数量超大的情况也有良好的表现.采用溃坝算例验证模型的可靠性.     

三维数值波动水槽波浪变形计算的0—1混合型边界元方法

为了改善常数元方法和线性元方法在求解三维波场波浪变形问题时的计算精度,考察上述两种单元剖分方式下,波势函数及波势函数法向导数对单元节点设定的适应性,本文构造了一种0—1混合型边界元。计算表明:这种0—1混合型边界元的剖分方式,在控制和减缓波浪“横向振动”幅度及水面单元水质点波动速度的计算方面,显示出了其独到的优越和灵活之处,为时域内的波浪非线性变形计算提供了时步上的数值保证     

模拟二维水下爆炸问题的光滑粒子(SPH)方法

水下爆炸涉及两相流,是一个动边界的问题,迅速变化的气-液交界面给传统的基于网格的数值方法带来了严重的挑战。SPH法是一种拉格朗日方法,该方法可以准确且有效地捕捉气-液交界面。论文应用光滑粒子(SPH)法来模拟水下爆炸过程,特别给出了光滑长度的选取方法和优化算法。最后,通过两个算例验证该方法,数值模拟结果表明,光滑粒子法在处理水下爆炸这样的大变形和强非线性问题方面具有精度高、耗时少、数值稳定等优点。     

改进的非线性波传播数值模型的验证和应用

基于吸收入射边界上反射波的方法,并通过将统一边界条件表达式推广到适应不规则波的情况,改进了非线性波传播的数值模型.将利用模型的线性版本(略去非线性项)所计算得到的台阶地形上波浪的反射和透射系数与相应的解析解进行了定量比较.在斜坡地形上数值模拟了不规则波的传播,并将数值结果和物理模型实验值进行了比较.在下游边界分别为开边界和全反射边界的等水深的水槽内数值模拟了不规则波的传播变形,讨论了非线性作用的影响.在侧边界和下游边界均为全反射的固壁边界、二维的等水深水域内,数值模拟了波浪斜向入射时所产生的波浪变形.计算结果表明,对上述各种算例,改进后的非线性波传播数值模型均能进行有效地数值模拟.     

三维数值波动水横波浪变形计算的0—1混合型边界元方法

为了改善常数元方法和线性元方法在求解三皮场波浪变形问题的计算精度，考察上述两种单元剖分方式下，波势函数及波势函数当向导数对单元节点设定的适应性。本文构造了一种０－１混合型边界元。计算表明：这种０－１混合型边界元的剖分方式，在控制和减缓波浪“横向振动”幅度及水面单元水质点波动速度的计算方面，显示出了其独到了优越和灵活之处，为时域内的波浪非线性变形计算提供了时步上的数值保证。