基于FPM算法的流場仿真研究.pdf

1、有限點法（Finite Point Method, FPM）是一種無需使用背景網(wǎng)格的無網(wǎng)格計算方法，已成功應(yīng)用于流體計算領(lǐng)域。FPM采用配點法離散代數(shù)方程和移動最小二乘法生成形函數(shù)，在眾多無網(wǎng)格方法中獨樹一幟。研究FPM算法的程序?qū)崿F(xiàn)，探索FPM在不可壓縮流場仿真的應(yīng)用，解決計算過程中所遇到的問題，可為FPM在船舶水動力性能的計算提供指導(dǎo)和打下基礎(chǔ)。本文主要研究內(nèi)容如下：
　　1.FPM在不可壓縮流體計算中的理論研究。以不可壓縮流

2、場模擬為目的，研究FPM在計算中的理論流程。推導(dǎo)了FPM在計算中的理論過程，解決了配點法對于流場的離散、移動最小二乘法對于空間場量的擬合等理論問題。
　　2.基于面向?qū)ο蟮腇PM程序設(shè)計研究。以FPM的理論為核心，采用面向?qū)ο蟮腃++語言進行程序設(shè)計和開發(fā)，使用 Opengl實現(xiàn)計算過程的可視化，并規(guī)范相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出格式。在程序中，改進FPM的布點方式，引入六分域法來增強矩陣運算的穩(wěn)定性；設(shè)計了壁面、自由面、來流、出流等邊界條件判

3、定和處理的方案。
　　3.二維流場計算適應(yīng)性研究。利用 FPM程序?qū)ΧS圓柱繞流、二維潰壩、二維液艙晃蕩等問題進行了計算分析，通過與前人相應(yīng)的試驗值和計算值進行比對分析，驗證了計算效果。解決了流場計算中粘性、自由液面大變形，動邊界等問題的求解，設(shè)計了自由液面粒子點判定及自由液面擬合、壁面邊界移動激勵計算域內(nèi)部粒子點運動等的解決方案，有效防止了計算失真現(xiàn)象。
　　4.三維流場計算探索研究。在二維計算的基礎(chǔ)上，將程序進行升級，使

4、其 FPM計算內(nèi)核能適應(yīng)于三維流場計算的需求。通過對圓柱型計算域粒子點分布方式、粒子點運動、粒子點與邊界點的相互作用等問題的解決，為FPM程序三維化奠定了堅實的基礎(chǔ)。在三維計算中，進一步對Opengl進行了開發(fā)，增加了渲染、著色和視圖控制等功能。
　　5.船舶水動力計算探索研究。鑒于目前程序設(shè)計的局限性，為了探究 FPM在船舶水動力計算中的應(yīng)用，為今后的開發(fā)提供借鑒，本文使用了基于FPM的商業(yè)軟件來進行計算。選用標準Wigley船