SPH方法在溃坝数值模拟中的应用

光滑粒子流体动力学(SPH)方法是一种纯拉格朗日无网格方法,适用于模拟波浪破碎、高速水流、高速冲击碰撞等瞬时极大变形的问题。介绍了SPH方法的基本原理、核函数及离散格式的控制方程、边界处理方法等,建立了数值水槽模型,验证了模型的有效性。应用SPH方法模拟了二维溃坝问题,考虑了添加无孔障碍物和有孔障碍物的2种情形,将模拟得到的结果进行对比分析。结果表明,SPH方法能够很好地捕捉流体自由面变形、飞溅及融合现象,在一定程度上有孔障碍物有更好的消能效果。     

SPH方法在两相流动问题中的典型应用

应用光滑粒子法(SPH)对具有间断面的不同介质的流动问题进行模拟分析.在现有的SPH方法的理论基础上进行修正,通过对密度近似方程进行正则化处理,在理想气体状态方程中引入Van Der Waals修正项以及对物质点运动速度进行修正,模拟了密度相差较大的两相流动问题,并且使用图解分析了两相交界面在模拟过程中的清晰程度.通过气(液)泡上升以及两相溃坝问题对SPH方法在两相流动问题模拟中的可行性进行了分析.最后应用修正后的SPH方法有效再现了两相流动的物理过程,并且能清晰分辨不同介质之间的交界面,从而说明SPH方法能有效对两相流动进行模拟.     

MPS方法在三维溃坝问题中的应用

MPS(Moving Particle Semi-Implicit)方法是一种拉格朗日粒子法,在处理大变形流动问题中具有很大的优势.将MPS方法应用到三维溃坝流动问题中,并对粒子的移动方式进行了修改,改进后的方法(XMPS)可以使粒子移动更加有序,避免粒子间的相互穿透.数值计算结果表明:MPS方法(包括XMPS)在处理复杂的自由面流动问题中具有很好的灵活性和可靠性,数值模拟能够比较准确地预测出自由面的形状和位置,即使在水面出现翻卷、入水和水柱撞击到障碍物时,数值结果仍然能够与实验相吻合.从细节上看,XMPS可以给出更为清晰、光滑的自由面形状,并能更好地捕捉到流动的细节特征.     

组合型总变差不增格式在溃坝流动计算中的比较

不同形式ＴＶＤ格式存在数值性能上的差异,干底情况下的溃坝流动计算是数值模拟的难点,本文引入单参数和参数限量函数,建立了Ｓａｉｎｔ－Ｖｅｎａｎｔ方程通量限制的组合型ＴＶＤ格式,作湿底和干底溃坝流动的数值计算,并分别与Ｓｔｏｋｅｒ理论解进行对比,揭示出不同限量函数在耗散性和压制性及不同水深比溃坝模拟方面存在性能上的差异,定义了坝址处水深的扭曲系数,据此综合确定了最优限量函数,并成功地预报了水深比为０．     

SPH方法中本构模型及在侵彻问题中的应用

研究侵彻问题中,在自编的光滑流体动力学SPH(smoothed particle hydradanamic)程序中引入两类本构模型,一类考虑状态方程的影响,一类采用弹塑性本构积分.对相同子弹冲击飞机蒙皮的算例进行了模拟分析.数值算例验证了弹性预估-塑性校正算法的稳定性和求解精度,给出了侵彻过程中靶板的破坏形式、等效应力...     

自由表面流动问题的SPH方法数值模拟

利用光滑粒子流体动力学（SPH）方法对两个自由表面流动问题－水坝坍塌及涌波进入静止水塘作了数值模拟,尝试了一种处理固壁边界条件的方法－－边界力方法。数值模拟结果表明,SPH方法在处理流体复杂大变形问题方面具有优越笥,而边界力方法则是SPH中处理固壁边界的一种行之有效的方法。     

基于SPH方法的碎片穿甲数值模拟

基于显示中心差分格式应用光滑粒子流体力学方法(SPH)和有限元(FEM)两种方法研究在三种不同接触方式下,钢制方块碎片对质地均匀的铝板侵彻过程中的力学过程。计算结果获得金属碎片在侵彻过程中粒子云的扩散分布变化情况。对在不同角度下侵彻过程中的破坏规律作出了一些总结。所得结论为进一步深入研究侵彻及防护问题以及引信设计的参数优化提供一定的依据。     

Level Set方法在自由面流动数值模拟中的应用

采用建立在固定的交错网格上隐式追踪界面的Level Set方法来计算有自由面的流动问题．在计算中求解了两种互不相溶流体的N-S方程．所参考的算例是瞬时溃坝问题，计算结果和实验观测基本符合，表明Level Set方法在液体自由面数值模拟中具有一定的适用性．     

滚动轴承微接触区域油膜流动特性的SPH数值分析

通过SPH方法的基本理论并结合Navier-Stokes方程,利用C语言研发了考虑油膜非线性流动性行为的软件系统,对滚动轴承微接触区域油膜进行了假设并建立了SPH数值计算模型,用不同的油膜粘度系数对滚动轴承微接触区域在富油条件下的油膜流动行为进行了探讨。根据极速启动的实际工况,模拟富油静压状态下在一定的粘度值不同时刻油膜粒子的压强变化,结果表明油膜压强在不同时刻呈现非线性变化的规律。并通过对粘度值的改变,探讨其对油膜粒子压强的影响,以揭示滚动轴承在复杂接触区域中油膜粒子的运动特性。     

可拓评判法在水库溃坝风险分析中的应用

基于可拓学理论,综合考虑溃坝概率、溃坝损失和应急能力等方面构建多指标分层次的溃坝风险评估物元系统,实现对水库溃坝风险的质与量综合分析,并以此对下口坝的溃坝风险进行了评估,计算得该坝的溃坝风险等级特征值为2.2,溃坝风险较低.     

基于SPH方法的液体晃动数值模拟

采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法模拟研究贮液容器中带有自由表面的液体晃动问题.应用密度对比法捕捉自由表面粒子,并采用边界排斥力法与镜像粒子相结合的方法处理固体边界.计算了贮液容器中粘性流体的自由晃动以及外部激励下的一阶模态晃动,得到了自由液面的波动和监测断面上的压强分布.将计算结果与理论值以及前人的实验数据对比表明,光滑粒子动力学方法作为一种无网格法,能较好地模拟带有自由液面的液体晃动问题.     

二维溃坝波传播的数值模拟

采用附加人工粘性的显式Maccormack格式求解二维浅水方程,并对人工粘性加上开关函数,建立了模拟大坝瞬间局部溃倒所致的洪水演进过程的数学模型。用该模型预测了矩形河道中堤坝瞬间局部溃倒后8 min的洪水演进过程,得出了水面线和流场分布,并对溃坝洪峰到达时间和最大淹没水位的沿程分布作了分析。     

基于SPH方法鸟撞飞机风挡问题的数值模拟

鸟与飞行中的飞机相撞是飞机结构损坏的重要因素,严重时会引发机毁人亡的灾难性事故。 对高速低空飞行的军用飞机而言,风挡部分抗鸟撞的研究对保证飞行安全尤其重要。本文基于飞 机圆弧风挡受鸟体撞击的实验观察,建立了国产某型军用飞机圆弧风挡及鸟体的有限元分析模型, 利用基于SPH的流固耦合方法分析了圆弧风挡受鸟撞击问题。计算结果得到了风挡结构的变形、 位移、应变等几方面的数据,与实验结果基本吻合,同时给出了500~650km/h速度范围内的撞击 力和应力时程曲线、风挡发生破坏的临界撞速、圆弧风挡在经受鸟体撞击时发生破坏的可能位置 及其破坏方式。研究结果验证了SPH方法在分析鸟撞问题中的优越性,也为风挡的安全设计和研 制新机型提供了有价值的数据。     

基于SPH方法连续液滴撞击固壁面模拟

 为了研究连续液滴对固壁面的撞击影响, 引入一种纯Lagrange、无网格计算方法, 即光滑粒子流体动力学方法(SPH)。对连续液滴撞击固壁面的扩散、回弹及飞溅进行了数值模拟并与实验测试进行比对。结果表明:连续液滴撞击固壁面时, 液滴的自由表面变化具有许多不确定性, 其中次生液滴的产生和韦伯数的作用是影响液滴撞击扩散的主因。次生液滴的出现使得液滴扩散及飞溅变得更为明显, 韦伯数越大, 连续液滴的无量纲直径变化越快。模拟效果真实反映了液滴撞击过程, 可为类似撞击问题的仿真分析提供借鉴。     

基于SPH方法的立面二维涌浪数值模拟

基于无网格SPH法模拟块体下滑所引起的涌浪流动过程,并将模拟得到的自由表面速度、高度变化结果与解析解以及VOF紊流模型计算结果进行比较。在此基础上,计算滑块下滑速度分别为0.2,0.6,1.0 m/s时的自由面变化。结果表明:滑块下滑引起水槽自由液面变化并形成卷碎波,并有水气混掺现象。自由面孤立波波形、水平速度与解析解以及VOF紊流模型计算结果吻合较好。下滑速度较慢时波形平坦,无卷碎波产生;滑速大时水气完全分离;涌浪形成的波峰峰值随滑块入水速度增大而增加。SPH方法可进一步用于模拟水体中由大型崩岸产生的高速远程滑坡涌浪或复杂的海啸模拟。     

多孔介质孔隙尺度下不可压缩流体流动特性SPH模拟

基于孔隙尺度下的多孔介质模型,使用光滑粒子动力学(SPH)数值模拟方法研究多孔介质中不可压缩流体流动现象,分析流体在孔隙尺度下的流动特性.首先通过模拟经典的Poiseuille流和Couette流验证方法的正确性.随后,针对流体在分别由圆柱和方柱为骨架构造的规则多孔介质内的流动情况,同时使用SPH方法和有限元法(FEM)进行模拟,所得的结果十分吻合.最后利用SPH方法对流体在基于贝雷岩心获得的多孔介质模型和以同尺度的圆柱为基元构造的一种人工随机多孔介质模型内的流动进行模拟,证明平均流体速度和单位质量体积力具有很好的线性关系.     

浅析风险管理中的溃坝生命损失估算方法

本文通过溃坝生命损失估算方法的系统分析研究,对风险管理中的溃坝生命损失估算方法做了一次全面的研究与探讨。同时归纳总结了各个估算方法的优缺点,为之后的溃坝风险评估提供了很好的指导意见。     

基于HLLC近似Riemann解的自由面流动数值模拟

对于自由面流动问题,发展了一种新的数值模拟方法.在该方法中,自由面的捕捉通过求解Level Set方程实现.该方程与流体力学控制方程耦合形成双曲系统方程,并采用人工压缩方法进行求解.为了提高计算的分辨率,发展了一种有限体积框架下的高阶WENO格式,并构造了基于HLLC近似Riemann算子的通量函数.对若干典型自由面流动问题进行了数值模拟,计算结果表明了该方法的有效性.     

一维溃坝问题的间断Galerkin方法

将间断Galerkin方法应用于一维溃坝问题中,采用了两种不同数值流函数,对其进行比较。使用TVDM,TVBM型的限制器,同时利用一种改进的限制器来消除振荡。与一种高分辨率TVD性质的差分方法做了比较。结果表明间断Galerkin方法得到了更加逼真的图像。     

二维直角管道中高Reynolds流动的格子Boltzmann模拟

运用9 Bit的格子Boltzamnn方法对二维直角管道中高Reynolds流动进行数值模拟, 得到了在不同雷诺数下不可压缩流动涡的涡心的位置分布及其演化斑图.