強(qiáng)非線性自由面運(yùn)動(dòng)的CFD模型研究.pdf

1、自由面運(yùn)動(dòng)是自然界中的一種常見現(xiàn)象，與人類的生存發(fā)展息息相關(guān)，在科學(xué)研究和工程應(yīng)用中都有著重要的價(jià)值.然而，自由面運(yùn)動(dòng)是一種復(fù)雜的現(xiàn)象，尤其是強(qiáng)非線性自由面的運(yùn)動(dòng)，目前仍然存在很多難題有待解決。近些年來，CFD(Computational Fluid Dynamics，計(jì)算流體力學(xué))已經(jīng)被證明是一種研究自由面運(yùn)動(dòng)的有效手段并被廣泛應(yīng)用到相關(guān)研究中。
　　本文采用自主發(fā)展的CIP-ZJU(Constraint Interpolati

2、on Profile Model in Zhejiang University)模型來研究強(qiáng)非線性自由面運(yùn)動(dòng)，流場求解器方面，本模型采用時(shí)間，空間均為三階的CIP方法保證了對(duì)流項(xiàng)的高精度求解;采用中心差分格式進(jìn)行擴(kuò)散性的求解;采用超松弛迭代方法求解壓力Poisson方程。自由面捕捉方面，本模型包括兩種高精度的VOF(Volume ofFluid，流體體積法)和一種質(zhì)量守恒型的Level Set方法。同時(shí)，本文引入了基于密度重構(gòu)的平衡型C

3、SF(Continuum Surface Force)模型以及針對(duì)于歐拉網(wǎng)格下同種液體不同相之間界面追蹤的雙液相VOF方法。
　　根據(jù)建立的模型，開展了強(qiáng)非線性自由面運(yùn)動(dòng)問題的數(shù)值模擬，包括潰壩問題，液滴沖擊自由面，氣泡上升，水面結(jié)構(gòu)物附近波浪誘導(dǎo)渦等.在潰壩問題的數(shù)值研究中，本文首先根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到一個(gè)潰壩試驗(yàn)中擋板運(yùn)動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)公式并進(jìn)行驗(yàn)證，并應(yīng)用于干底床和濕底床潰壩問題潰壩的數(shù)值研究，重點(diǎn)分析了擋板運(yùn)動(dòng)對(duì)于潰壩問題中水舌運(yùn)動(dòng)，

4、自由面形態(tài)，壓力變化等影響;此外還開展了液滴沖擊自由面和三維氣泡上升的數(shù)值模擬，重點(diǎn)觀測(cè)了其演變過程中表面張力的作用及自由面的運(yùn)動(dòng);在水面結(jié)構(gòu)物附近波浪誘導(dǎo)渦的初步數(shù)值研究中，本文對(duì)規(guī)則波作用下不同寬度，縱深的薄板附近波浪誘導(dǎo)渦進(jìn)行了數(shù)值觀測(cè)，對(duì)于水面結(jié)構(gòu)物附近誘導(dǎo)渦的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有了初步的認(rèn)識(shí)，為未來更深入的研究打下了良好的基礎(chǔ)。
　　本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)提出了一種雙液相VOF方法，實(shí)現(xiàn)了歐拉坐標(biāo)系下同種流體不同