基于MPS方法的直流撞击式喷嘴雾化模拟

发布时间：2017-05-16 06:03

  本文关键词：基于MPS方法的直流撞击式喷嘴雾化模拟，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：雾化是指液体射流或液膜破碎成液滴的物理现象,它是众多自然现象和工程应用中的共性基础科学问题,高速气流环境下的射流雾化现象复杂,其研究涉及到空气动力学、多相流、湍流、传热传质等多个领域。雾化现象的研究手段严重不足是雾化研究的主要障碍之一。目前理论研究无法完全满足工程设计与分析的要求,大量的研究工作依赖于实验。但试验方法对试验设备和试验技术水平要求很高,试验费用也比较昂贵。当前流行的商业计算力学软件采用成熟的多相数值模拟方法,其模拟准确度极大依赖于建立在雾化机理理解之上的雾化模型,无法加深对雾化机理的认识。本文开发了基于移动粒子半隐式法(MPS)的程序,程序采用了基于自由表面能的表面张力模型和新的自由表面处理方法。将程序用于直流撞击式喷嘴雾化模拟,得到了较好的模拟结果,分析了表面张力模型及粒子数目对模拟结果的影响,比较了不同流动参数下雾化的模拟与实验结果。分析得出表面张力对结果的影响较大,计算中不可忽略。粒子数目对结果也有较大影响,计算前需要验证粒子无关性。通过对比不同雾化模态下实验与模拟结果可看出本文开发的程序成功模拟出了不同的雾化模态,捕捉到了液柱、液膜、液丝、液滴等多尺度结构,得出开发的基于MPS方法的程序适合于直流撞击式喷嘴雾化模拟的结论。由于粒子方法的计算量较大,本文还开展了串行程序的并行化工作。MPS方法中计算量大的两个部分,即邻域粒子搜索和线性方程组的求解。目前已经在CUDA平台上成功实现了邻域粒子搜索算法的并行,并取得了较好的加速效果。
【关键词】：雾化 直流撞击式喷嘴 MPS CUDA
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O35
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 雾化研究背景及意义10-15
• 1.2 雾化研究现状15-17
• 1.3 本文研究内容17-18
• 1.4 本章小结18-19
• 第2章 MPS方法19-38
• 2.1 引言19-20
• 2.2 控制方程20
• 2.3 粒子相互作用模型20-24
• 2.3.1 核函数20-21
• 2.3.2 粒子数值密度21-24
• 2.4 压力泊松方程的推导24-25
• 2.5 边界处理25-28
• 2.5.1 无滑移边界25-26
• 2.5.2 周期性边界26-28
• 2.6 表面张力模型28-30
• 2.7 邻域粒子搜索算法30-31
• 2.8 线性方程组求解31-32
• 2.9 有限体积法32-34
• 2.10 计算流程34-35
• 2.11 方法验证35-37
• 2.12 本章小结37-38
• 第3章 直流撞击式喷嘴雾化模拟38-50
• 3.1 引言38
• 3.2 典型雾化现象的模拟38-40
• 3.3 表面张力模型的影响40-42
• 3.4 粒子数的影响42-44
• 3.5 不同雾化模态下模拟结果44-49
• 3.6 本章小结49-50
• 第4章 MPS方法的GPU加速50-58
• 4.1 引言50
• 4.2 通用GPU计算及CUDA50-52
• 4.3 邻域粒子搜索算法的GPU加速52-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第5章 结论与展望58-60
• 5.1 结论58-59
• 5.2 展望59-60
• 参考文献60-63
• 作者简历63-64
• 附录一64-70
• 附录二70-73

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本文编号：369665