基于Marruccian模型的粘彈流并行模擬平臺(tái)開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證.pdf

1、隨著高性能計(jì)算技術(shù)和計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展，數(shù)值模擬已經(jīng)成為粘彈流領(lǐng)域與實(shí)驗(yàn)同等重要的研究方法，并廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)、生命科學(xué)、材料以及生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。然而，開(kāi)發(fā)面向粘彈流領(lǐng)域的大規(guī)模并行應(yīng)用程序仍存在困難，一方面，粘彈流本構(gòu)理論尚不準(zhǔn)確，無(wú)法完整描述粘彈流的所有特性，并行計(jì)算專(zhuān)家無(wú)法獨(dú)立完成準(zhǔn)確的應(yīng)用模擬；另一方面，由于缺乏合適的并行應(yīng)用框架，粘彈流領(lǐng)域?qū)＜覠o(wú)法在復(fù)雜的并行計(jì)算系統(tǒng)上開(kāi)發(fā)高效的并行應(yīng)用程序。因此，深入探究粘彈流高分子本構(gòu)

2、模型的特性，開(kāi)發(fā)適合領(lǐng)域?qū)＜沂褂玫恼硰椓鞑⑿心M平臺(tái)，關(guān)乎國(guó)家的科技實(shí)力，具有重要戰(zhàn)略意義。本文針對(duì)基于分子管道理論的Marruccian模型，在OpenFOAM開(kāi)源軟件上進(jìn)行擴(kuò)展，開(kāi)發(fā)了面向粘彈流領(lǐng)域的并行模擬平臺(tái)M-RHEO。本文的主要工作與創(chuàng)新點(diǎn)包括：
　　在介紹相關(guān)背景和理論基礎(chǔ)后，本文首先概述了粘彈流模擬的基本流程，著重對(duì)流體控制方程和Marruccian本構(gòu)方程進(jìn)行分析，借助Matlab模擬得到了純剪切條件下本構(gòu)曲線，

3、深入認(rèn)識(shí)了Marruccian模型。并通過(guò)粘彈流模擬的需求進(jìn)行歸納總結(jié)，對(duì)計(jì)算平臺(tái)提出了具有良好的交互配置方式、多樣的數(shù)值離散方法、穩(wěn)定的數(shù)值求解以及針對(duì)粘彈流的數(shù)據(jù)采集與分析四項(xiàng)要求。
　　其次，針對(duì)所提出的需求，本文基于OpenFOAM開(kāi)源流體模擬軟件，對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展，開(kāi)發(fā)了基于Marruccian模型的粘彈流并行模擬平臺(tái)。分析了OpenFOAM的組織框架和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，并制定了擴(kuò)展功能與OpenFOAM的接口層次，構(gòu)建了M-R

4、HEO整系統(tǒng)的層次圖；進(jìn)一步著重對(duì)有限元計(jì)算方法、邊界修正、特征數(shù)據(jù)提取以及Marruccian模型求解器四個(gè)部分的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。
　　最后，本文選取了粘彈流領(lǐng)域的兩個(gè)經(jīng)典BenchMark問(wèn)題收縮流與繞圓柱流，對(duì)M-RHEO平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試，包括網(wǎng)格構(gòu)建、模型求解、數(shù)據(jù)提取等。在收縮流的測(cè)試中，本文模擬得到了非對(duì)稱(chēng)的流場(chǎng)振蕩現(xiàn)象，并分析了Weissenberg數(shù)增加對(duì)流場(chǎng)的影響；在繞圓柱流模擬中得到了卡門(mén)渦街的模擬結(jié)果