多相弱可压缩SPH研究及其在入水问题的应用

发布时间：2020-03-22 23:42

【摘要】：多相流问题是船舶与海洋工程领域中常见且重要的问题。光滑粒子流体动力学(SPH)算法作为一种拉格朗日粒子类方法,多相界面直接根据粒子物理性质确定,不需要界面追踪技术确定界面,同时粒子方法易于处理大变形问题。因此,SPH算法对解决多相流以及大变形问题有其特有的优势。本文将对多相SPH模型进行研究,改进压力连续模型,同时提出新的多相SPH模型,并运用多相流模型模拟两相入水砰击问题。对于多相流问题,我们认为流体弱不可压缩,运用状态方程求解压力。经典的弱可压缩SPH模型模拟多相流问题,其离散格式没有考虑两相界面处物理性质的差异,导致数值界面不稳定。面对这个问题,许多学者提出了各种多相SPH模型。本文对于现有多相WCSPH模型进行分析,同时对压力连续模型进行改进,对离散格式修正,引入界面处理技术,通过模拟瑞利泰勒不稳定,溃坝以及气泡上浮问题,证明改进方法可以使界面光滑稳定。压力连续模型简单有效,然而其不对称离散形式难以保证能量守恒,也没有考虑表面张力,物理粘性等等。因此,本文提出GSPH多相流模型,主要内容包括:对称Shelpter离散格式,引入表面张力和物理粘性,粒子位移技术。通过模型液滴问题等经典多相流问题,发现新的模型可以准确模拟表面张力,对于复杂界面大密度比多相流问题具有普遍适应性。平底结构物入水问题,空气对其影响很大。然而,大尺度问题,表面张力和物理粘性作用较小。因此,本文运用改进后压力连续多相流模型,模拟凸出结构物入水砰击。研究发现,凸出结构物入水砰击双射流现象来源于结构两次砰击过程;凸出物相对结构宽度在0.2-0.35范围内,砰击产生压力峰值较小;凸出物形状为方形时,压力峰值较小,且结构入水振荡较小。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U661

【参考文献】

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本文编号：2595804