强制动边界问题的光滑粒子流体动力学研究

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本文采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法,研究边界力模型对SPH方法稳定性的影响,尝试构建弹簧阻尼边界力模型进行边界处理,并对几个典型的固体驱动流动问题进行了数值模拟。通过与传统边界力方法的结果比较,验证了弹簧阻尼模型的可行性和长程稳定性(模拟时间较长时仍具有稳定性);通过采用可变光滑长度,提高了弹簧阻尼模型的SPH方法的精度;并将SPH方法的结果与Fluent软件模拟的结果进行了现象和趋势的对比,验证了弹簧阻尼形式的SPH方法的正确性。   第1章,讲述本课题的来源与意义,介绍光滑粒子流体动力学方法的发展和动边界流动问题的研究现状。   第2章,详细介绍光滑粒子流体动力学方法的基本思想、求解策略以及基本原理,描述了SPH方程的近似方法、SPH方法中的相关概念,介绍了现有的几种边界处理方法,并分析了SPH方法的连续性。   第3章,给出了SPH形式的控制方程,介绍了强制动边界问题的SPH方法模拟所需要考虑的具体实施方法,给出了针对本文算例的初始粒子配置,并构建了弹簧阻尼边界力模型,介绍了其原理。   第4章,描述了SPH方法的程序构造和设计过程,给出了本文程序的源文件和关键变量以及功能描述,给出了本文SPH方法的具体算法和相关参数的选取。   第5章,通过对二维方腔剪切传动的模拟,验证了弹簧阻尼边界力模型的可行性,考察了其长程稳定性;对机筒旋转时的旋转动边界进行数值模拟,进一步验证了该模型的长程稳定性,通过采用可变光滑长度,提高了计算精度;将弹簧阻尼边界力模型应用到螺槽旋转时的旋转动边界中,成功并稳定地模拟了一个旋转周期;通过与Fluent软件模拟结果的现象和趋势对比,验证了弹簧阻尼模型的SPH方法的正确性。   第6章,总结本文工作,并提出下一步需要开展的工作。
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