移动粒子半隐式法中压力振荡的研究

来源 :清华大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:whitewolfwv7
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
移动粒子半隐式法是一种适用于不可压缩流体的无网格数值模拟方法,被广泛地应用于核工业领域、海洋工程领域、机械工程领域、生物工程领域等。移动粒子半隐式法从提出至今的二十多年里得到了长足地发展,并且在不同的领域都取得了显著的成绩。但是相比较于非常成熟和完善的网格法,移动粒子半隐式法中至今仍然存在不少缺陷,这也是导致其无法大规模商业推广的根本原因。本文针对移动粒子半隐式法目前存在压力振荡问题进行了系统地研究。本文首先对移动粒子半隐式法中现有的自由表面识别方案进行了对比分析和分类,根据其自由表面识别的特点分类为体积法和几何法两类。并且发现现有的自由表面识别方案都存在着两种缺陷:内部粒子误判为自由表面粒子和自由表面粒子无法被准确识别。针对上述缺陷,本研究提出了一种全新的自由表面识别方案,称为基于全局扫描的自由表面识别方案。通过对液滴撞击液面问题的模拟和湿水溃坝问题的模拟,结果表明基于全局扫描的自由表面识别方案在识别自由表面粒子时具有很高的识别精度,并且准确的自由表面识别对稳定计算中的压力场具有重要作用。在压力振荡研究方面,本文首先对传统移动粒子半隐式法中压力振荡的机理进行研究。通过一维压力振荡机理分析,分析了粒子之间相互位置关系变化与流体状态变化的关系。然后提出了二维情况下压力振荡的机理分析,并且研究了碰撞模型和核函数对传统移动粒子半隐式法中压力振荡的影响。然后针对影响压力振荡的因素,通过采用修正的压力系数矩阵离散格式、高阶源项、二次核函数,基于全局扫描的自由表面识别方案和粒子插值不完整性的修正,提出了一种改进型的移动粒子半隐式法。通过对溃坝模型、静水模型、液滴变形模型的验证,发现改进后的移动粒子半隐式法能够有效地抑制压力振荡。最后对移动粒子半隐式法进行了初步地三维扩展研究。在二维基于全局扫描的自由识别方案基础上,我们对其进行了三维扩展。通过对静态模型和动态溃坝模型的验证计算,结果表明三维全局扫描的自由表面识别方案有着很高的表面粒子识别精度。在二维的改进型移动粒子半隐式方案基础上,我们提出了三维的改进型移动粒子半隐式方案,通过对三维溃坝模型的验证计算,结果表明三维改进型移动粒子半隐式法能够有效地抑制压力振荡。
其他文献
量子信息是以物理和信息学等学科交叉形成的新型学科,其中量子计算是量子信息的主要分支之一。根据量子叠加性和纠缠性,量子计算在运算能力和运算速度上相较于经典计算都有指数级的增加。由于其显著的优越性,量子计算已经成为当今最热门的研究领域之一。目前,实现量子计算的物理平台主要有核磁共振系统、超导系统、量子点系统等等。其中,核磁共振系统由于其操作技术成熟、相干时间长,成为了实现量子计算和量子模拟的常用平台之
本文研究了孤立以及温稠环境中的离化态原子的基本性质与相关动力学参数及其在实验天体物理以及温稠等离子体中的应用。具体来说:(1)利用相对论自洽场Dirac-Slater方法系统讨论大量离化态原子的基态电子结构与电离阈值等基本物理进行研究。利用发展的轨道竞争台阶图,系统研究了轨道竞争与物质性质与精密计算中的电子关联的关系。离化态原子的基态性质,特别是电子结构是进一步精密计算激发态结构以及散射过程的提供
随着薄膜生长技术的快速发展,类似于石墨烯的二维材料,例如硅烯,磷烯,硼烯,先后在实验上被合成出来。它们的单层二维材料中存在丰富而重要的电子和光学性质,使得它们被认为在很多领域具有潜在的应用价值,例如可以应用于下一代纳米半导体器件,太阳能电池材料以及化学催化等领域。大量的实验和理论计算显示通过引入外部调控,例如表面吸附,替代掺杂和施加应力,可以有效的改变这些纳米材料本征的性质。在本论文中,我们主要通
高波教授在1998年得到了范德瓦尔斯势-C6 r6的解析解后,建立起了中性冷原子碰撞的量子亏损理论。该理论只需少量参数就可以解析描述任意分波的低能散射行为和共振态附近的相互作用,因此极大的方便了我们理解和处理冷原子系统中的高分波相互作用。本文始终围绕量子亏损理论来处理冷原子物理中的超冷碰撞问题,包括超冷原子玻色爱因斯坦凝聚体中的偶极自旋翻转损耗过程,零能阈值附近的Feshbach共振和形状共振的特
最近几年,物理学家们对多体手征费米子体系的宏观反常输运现象,产生了极大兴趣。为了描述这样的手征体系(非平衡态现象),一个自然选择是,关于相空间分布函数的输运方程。虽然目前,这方面的理论框架已经趋于成熟,但是仍然存有一些问题,例如输运方程的洛伦兹协变性和坐标系的依赖问题。本文,从协变、规范不变的维格纳函数出发,运用半经典展开方法,对方程做了系统性的展开,得到了一阶极限下(O(h)),手征费米子的完整
量子色动力学(QCD)的低能标行为由非微扰效应主导,以致我们对其理解远远不够。本论文利用大型强子对撞机上LHCb实验采集的质子-质子(pp)对撞数据,研究了粲夸克偶素的产生机制和Bc介子的性质,以加深对QCD的理解。高能pp对撞中粲夸克偶素的产生一般可以因子化为粲夸克对的产生和随后的强子化两个过程。前者可用微扰QCD计算,后者为非微扰过程,需要用非微扰方法处理,依赖于实验结果作为输入。利用积分亮度
本文从理论上研究了偏振光极化纯度结构的几何解释及其与材料介质的相互作用。首先,提出了用极化纯度指数-去极化指数(PI4D-P△)平面偏振光散射测量的物理实现图。随后,利用N维极化代数对平面波和任意波偏振态的极化纯度结构进行了推广。其次,在纯度(PI4D-CP)空间的三维纯度指标中,给出了纯度-去极化关系与极化源信息的几何表示。第三,利用这些图形表示法研究了某些生物介质偏振光散射的完全极化行为。提出
在极端情况下强相互作用物质的性质研究是高能核物理领域的主要课题。在相对重离子对撞机(RHIC)和大型强子对撞机(LHC)上完成的实验项目的目标之一就是产生和观测夸克胶子等离子体。夸克胶子等离子体是由夸克和胶子组成的短暂存在的热力学体系。虽然已经有信号暗示在重离子碰撞中形成了物质的解禁闭态,但是要研究夸克胶子等离子体的性质还是非常困难。因为在实验上并不能直接探测到夸克胶子等离子体,只能通过分析末态强
负离子通常是通过复杂的电子-电子关联效应使得一个额外的电子束缚在一个中性的体系上而形成的。与中性或者正离子中电子被库仑势束缚不同,负离子中的额外电子是由短程势束缚的,其强度比库仑势衰减得更快。这种短程势的作用使得负离子只能形成很少的束缚态,典型的是只能形成基态或是几个能量最低的精细结构。由于这种新奇的结构,负离子在电子关联效应的实验和理论研究中一直受到人们的重视。电子亲和势(Electron Af
电压门控钠离子通道控制着钠离子的跨膜内流,负责启动可兴奋细胞的动作电位。它在生物的心脏节律调节和神经信号传导中发挥着重要的作用。电压门控钠离子通道的基因突变可能会引发心血管系统和神经系统等方面的功能障碍。在电压门控钠离子通道激活时,跨膜电压的变化会引发VSD的构象变化,它随后会引发孔道结构域的开放并因此允许钠离子的流入。这一过程的原子级别的细节信息是研究者们关注的重点。本项工作中,我们分别在叠加力