無網(wǎng)格SPH方法在粘性不可壓縮流體中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷提高，數(shù)值模擬已經(jīng)成為解決計(jì)算流體力學(xué)問題的一種重要方法。數(shù)值模擬不用在實(shí)驗(yàn)場所進(jìn)行昂貴耗時(shí)的實(shí)驗(yàn)，而且能根據(jù)研究問題的需要，得到完整、具體的數(shù)據(jù)信息，因此倍受歡迎。光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)法(SPH)是一種用于求解連續(xù)介質(zhì)動(dòng)力學(xué)的無網(wǎng)格數(shù)值方法，在處理移動(dòng)物質(zhì)交界面、大變形等問題時(shí)，因其不需要網(wǎng)格劃分和重構(gòu)的特點(diǎn)而顯示出了傳統(tǒng)網(wǎng)格方法不可比擬的優(yōu)勢，研究該方法在海洋工程領(lǐng)域的應(yīng)用意義重大。
　　本文以半潛式海洋

2、平臺(tái)結(jié)構(gòu)局部范圍內(nèi)粘性不可壓流體流動(dòng)為背景，首先系統(tǒng)研究了 SPH方法和粘性不可壓縮流體的的理論基礎(chǔ)，闡述了 SPH近似的思想，并簡單推導(dǎo)了粘性流體控制方程組，在此基礎(chǔ)上采用 SPH方法求解該方程組，實(shí)現(xiàn)了對粘性流體控制方程組離散。
　　其次，對光滑函數(shù)的性質(zhì)、人工粘性的使用、狀態(tài)方程的選擇、時(shí)間積分的方案等數(shù)值模擬關(guān)鍵問題進(jìn)行了詳細(xì)論述，研究了粒子搜索方法和邊界條件的實(shí)現(xiàn)方案，并結(jié)合離散化的控制方程組，編寫了適用于粘性不可壓縮流

3、體的二維SPH程序。
　　最后，使用編寫的程序模擬了方腔剪切流并與 FDM結(jié)果進(jìn)行了比較，模擬平面 Poiseuille流與理論級(jí)數(shù)解進(jìn)行了對比，驗(yàn)證了程序的可靠性并對程序的優(yōu)化方案進(jìn)行分析。對潰壩問題的數(shù)值模擬描述了潰壩過程中自由表面的形狀，而特定時(shí)刻的水位高度和波前沿位置結(jié)果與實(shí)驗(yàn)觀測數(shù)據(jù)的對比，同樣驗(yàn)證了本文程序的可靠性，并體現(xiàn)了SPH方法簡便高效的特點(diǎn)。
　　本文工作為無網(wǎng)格SPH法在海洋工程領(lǐng)域的應(yīng)用打下了良好的基