在利用光滑粒子流體幼力學(xué)（SPH）方法進(jìn)行多相流的模擬中,多相流在交界面處由于密度不連續(xù)、粒子界面的壓力計(jì)算出現(xiàn)誤差,出現(xiàn)界面處壓力振蕩,界面破碎的問題。針對(duì)上述問題,提出了新的壓力梯度近似公式和改進(jìn)的界面處人工斥力公式,使交界面更加清晰、光滑、無穿透、模擬效果更好。此外,通過給出基于密度權(quán)重的色函數(shù)計(jì)算公式,對(duì)大密度比多相流界面處的表面張力計(jì)算公式進(jìn)行了改進(jìn),使得多相流交界面密度過渡更加光滑,模擬效果更好。最后,通過潰壩、Rayleigh-Taylor界面不穩(wěn)定性,非Boussinesq鎖定交換問題3個(gè)仿真實(shí)驗(yàn),得到了不同時(shí)刻界面粒子分布圖、界面鋒面距離等。結(jié)果驗(yàn)證了新的壓力梯度近似公式以及界面處人工斥力公式的合理性;通過空氣中液滴形成仿真實(shí)驗(yàn),得到了圓形液滴形成的粒子變化圖,結(jié)果驗(yàn)證了該改進(jìn)的表面張力計(jì)算方法的有效性。 

【文章來源】：圖學(xué)學(xué)報(bào). 2020,41(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

低密度流體y-t曲線(算例2)Fig.7Low-densityfluidy-tcurve(case2)

用，而大密度流體對(duì)小密度流體無作用，顯然有問題。同時(shí)，在界面處，進(jìn)行鄰近粒子搜索時(shí)，混合著兩相粒子，會(huì)對(duì)顆粒間壓力項(xiàng)計(jì)算產(chǎn)生誤差。文獻(xiàn)[8]對(duì)式(17)進(jìn)行了改進(jìn)，對(duì)界面處的壓力梯度近似公式進(jìn)行了修改，具體形式為11(,)bbaabaabpVPWhrr(20)由式(20)可以發(fā)現(xiàn)，在計(jì)算界面處粒子間壓力項(xiàng)時(shí)，使用的均為粒子b的相關(guān)信息。文獻(xiàn)[8]所做的針對(duì)性處理是將粒子a的鄰近粒子中的非同相粒子均人為地看作同相粒子，使用原有的粒子的信息(除了質(zhì)量、密度)，如圖1所示。(a)初始處理(a)Initialtreatment(b)校正后(b)Aftercorrection圖1文獻(xiàn)[8]的界面處理Fig.1Literature[8]interfaceprocessing上述做法需要在計(jì)算中人為地更改粒子的物理屬性，增加了額外的計(jì)算量。本文基于牛頓第三定律，作用力等于反作用力，在界面處大密度粒子與小密度粒子對(duì)彼此的作用力應(yīng)是相等的，這樣才可以保證界面的光滑與完整；否則，粒子會(huì)因?yàn)閴毫Σ坏仍诮缑嫣幊霈F(xiàn)振蕩，將式(20)改成對(duì)稱形式，保證界面處壓力的連續(xù)，得到新的粒子壓力梯度近似式為2211()2ijijiijiijijpppVVWm(21)初始狀態(tài)下，粒子分布均勻。在界面處，有ijpp和NNijVV(N表示界面法線)。使用當(dāng)前粒子i與鄰近粒子j的物理信息，避免了人為修改粒子的物理信息，減小了計(jì)算量。對(duì)比式(17)，式(21)解決了大密度粒子對(duì)小密度粒子無影響的問題，同時(shí)保證了界面處壓力的連續(xù)性，其作為粒子壓力梯度近似公式是合理的。在壓力場(chǎng)中2222d1()d2()2ijiiijiijijijijijiijjijppmmVVWtmpp

用，而大密度流體對(duì)小密度流體無作用，顯然有問題。同時(shí)，在界面處，進(jìn)行鄰近粒子搜索時(shí)，混合著兩相粒子，會(huì)對(duì)顆粒間壓力項(xiàng)計(jì)算產(chǎn)生誤差。文獻(xiàn)[8]對(duì)式(17)進(jìn)行了改進(jìn)，對(duì)界面處的壓力梯度近似公式進(jìn)行了修改，具體形式為11(,)bbaabaabpVPWhrr(20)由式(20)可以發(fā)現(xiàn)，在計(jì)算界面處粒子間壓力項(xiàng)時(shí)，使用的均為粒子b的相關(guān)信息。文獻(xiàn)[8]所做的針對(duì)性處理是將粒子a的鄰近粒子中的非同相粒子均人為地看作同相粒子，使用原有的粒子的信息(除了質(zhì)量、密度)，如圖1所示。(a)初始處理(a)Initialtreatment(b)校正后(b)Aftercorrection圖1文獻(xiàn)[8]的界面處理Fig.1Literature[8]interfaceprocessing上述做法需要在計(jì)算中人為地更改粒子的物理屬性，增加了額外的計(jì)算量。本文基于牛頓第三定律，作用力等于反作用力，在界面處大密度粒子與小密度粒子對(duì)彼此的作用力應(yīng)是相等的，這樣才可以保證界面的光滑與完整；否則，粒子會(huì)因?yàn)閴毫Σ坏仍诮缑嫣幊霈F(xiàn)振蕩，將式(20)改成對(duì)稱形式，保證界面處壓力的連續(xù)，得到新的粒子壓力梯度近似式為2211()2ijijiijiijijpppVVWm(21)初始狀態(tài)下，粒子分布均勻。在界面處，有ijpp和NNijVV(N表示界面法線)。使用當(dāng)前粒子i與鄰近粒子j的物理信息，避免了人為修改粒子的物理信息，減小了計(jì)算量。對(duì)比式(17)，式(21)解決了大密度粒子對(duì)小密度粒子無影響的問題，同時(shí)保證了界面處壓力的連續(xù)性，其作為粒子壓力梯度近似公式是合理的。在壓力場(chǎng)中2222d1()d2()2ijiiijiijijijijijiijjijppmmVVWtmpp


本文編號(hào)：3024289