基于光滑質點水動力學(SPH)方法的自由表面流動數值模擬研究.pdf

1、自由表面流動問題一直是水動力學研究中的熱點問題。其中,物體入水問題由于有著廣泛的工程應用背景而始終為許多研究者所關注。在對物體入水問題的模擬過程中,自由面的大變形問題始終是研究的難點所在。而易于處理自由面的大變形過程則是SPH方法最大的優(yōu)點,因此本文采用SPH方法研究了物體入水等自由表面流動問題。本文推導了SPH方法的流體動力學控制方程,自主研發(fā)了基于SPH方法的流場計算軟件,通過大量算例驗證了自主開發(fā)的計算軟件,并用以模擬物體的低速入

2、水問題,給出了圓盤入水問題及楔形體入水問題的數值模擬結果。
　　 本文的主要工作如下:
　　 1.自行開發(fā)了基于SPH方法的并行化、水.氣兩相流流場計算軟件,對各種不同的人工粘性項形式、密度重新初始化公式和邊界處理方法等各種數值處理技術進行了測試,并測試了單相流SPH模型和兩相流SPH模型。通過大量的算例對計算程序進行了驗證。
　　 2.總結了SPH方法的各種常用固壁邊界處理技術,并分析了各種處理方法的優(yōu)缺點。本

3、文對現(xiàn)有的處理方法進行了改進,提出了一種改進的固壁邊界處理方法。在改進方法中,固壁邊界點上的壓強通過其附近的流體質點的壓強插值得到,能夠得到更準確的壓強,進而得到更為準確的流場情況。通過具體的計算例子驗證了本文提出的改進方法的有效性。
　　 3.提出了無反射邊界處理方法,在固壁邊界附近設置與數值波浪水槽中的消波層相類似的海綿層吸收到達固壁上的壓力波,消除壓力波在邊界上的反射,避免反射波對流場造成干擾,從而可以采用較小的計算域進行

4、計算,大大節(jié)省了計算量。
　　 4.實現(xiàn)了SPH模型的并行化方法,并對并行化SPH程序的并行效率進行了詳細的分析討論。
　　 5.應用本文自行開發(fā)的SPH流場計算程序研究了物體入水問題。首先采用柱坐標下軸對稱形式的SPH方法研究了圓盤的入水過程,比較了不同F(xiàn)roude數下液面的封閉形式,研究了圓盤相對潛深與Froude數的關系,并與文獻的實驗結果進行了比較。采用并行化單相SPH程序模擬了楔形體入水初期過程。對比了計算及實