SPH方法在自由表面流動(dòng)中的應(yīng)用.pdf

1、SPH（Smoothed Particle Hydrodynamics）方法是近年來新興的無網(wǎng)格的、純拉格朗日粒子方法，在天體物理，水動(dòng)力學(xué)以及其他相關(guān)學(xué)科中已經(jīng)受到應(yīng)運(yùn)用。與網(wǎng)格數(shù)值方法相比，這類方法的優(yōu)點(diǎn)在于能方便地模擬自由表面的大變形問題。本文采用SPH方法結(jié)合海岸工程方面的算例，探討SPH方法在海岸工程方面的應(yīng)用。這方面的課題不僅具有理論意義，也有潛在的工程實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用前景。 本文對(duì)SPH方法的基本概念以及函數(shù)的SPH

2、形式的推導(dǎo)作了簡(jiǎn)要的介紹，并對(duì)SPH方法中用到的光滑函數(shù)的求解方法作了初步研究。推導(dǎo)了流體力學(xué)基本方程N(yùn)-S方程的SPH形式，介紹了使用SPH方法進(jìn)行水動(dòng)力學(xué)模擬所需的基本條件以及相關(guān)的處理方法，對(duì)人工粘性、人工壓縮性、邊界處理、粒子搜索方法等方面進(jìn)行了初步探討。 使用SPH方法對(duì)塊體滑坡進(jìn)行了二維數(shù)值模擬，包括水下塊體滑坡和塊體滑坡入水，并且將模擬結(jié)果跟文獻(xiàn)報(bào)道的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明：SPH方法對(duì)塊體滑坡現(xiàn)象的模擬非常

3、成功，計(jì)算結(jié)果給出了塊體下滑過程中，水體表面出現(xiàn)的二次卷破現(xiàn)象，以及在塊體上方出現(xiàn)兩個(gè)方向相反的旋渦，當(dāng)水面平靜下來以后漩渦依然存在。另外，結(jié)果表明塊體滑坡產(chǎn)生的向外傳播的波為長(zhǎng)波，同時(shí)給出了滑坡過程中水壓力分布狀況；通過對(duì)塊體滑坡入水的SPH二維數(shù)值模擬，再現(xiàn)了塊體滑坡入水過程中塊體與水體的分離現(xiàn)象，以及水體撞擊塊體以后發(fā)生的粒子飛濺現(xiàn)象。對(duì)塊體滑坡的SPH二維數(shù)值模擬顯示了SPH方法在處理自由表面大變形問題上的優(yōu)越性。 對(duì)動(dòng)

4、量方程的SPH形式進(jìn)行了改進(jìn)以減小數(shù)值耗散帶來的影響，并且在模型中引入大渦模擬（LES），建立亞質(zhì)點(diǎn)尺度（Sub-particle Scale）湍流模型。首先完成了平底水槽中孤立波傳播的數(shù)值模擬。研究了孤立波在直立墻上的爬高，得出了不同波高水深比的孤立波和其爬高的關(guān)系。通過SPH模擬發(fā)現(xiàn)當(dāng)波高水深比超過一定值的波浪爬墻時(shí)發(fā)生破碎，無法保持光滑的自由面形態(tài)。研究了孤立波在斜坡海岸上的爬坡破碎，給出了孤立波在斜坡海岸上的爬坡回落過程。通過S