二維矩形水槽晃蕩過程的SPH方法模擬.pdf

1、液體晃蕩問題具有十分重要的工程應(yīng)用前景，其具有一般自由表面流動特點，還與限制其運(yùn)動范圍的容器發(fā)生強(qiáng)烈的交互作用，涉及非線性自由表面大變形運(yùn)動。光滑質(zhì)點水動力學(xué)（SPH）方法是近年來新興的無網(wǎng)格的、純拉格朗日粒子方法，在天體物理，水動力學(xué)以及其他相關(guān)學(xué)科中已經(jīng)得到應(yīng)用。與網(wǎng)格數(shù)值方法相比，這類方法的優(yōu)點在于能方便地模擬自由表面的大變形與破碎。 本文探討了SPH方法在研究容器運(yùn)動所激發(fā)的內(nèi)部流體的強(qiáng)迫晃蕩問題方面的應(yīng)用，為晃蕩問題的

2、研究提供一種新的思路。針對二維矩形強(qiáng)迫晃蕩問題，推導(dǎo)了動坐標(biāo)系下N-S方程的SPH形式，給出了使用SPH方法進(jìn)行水動力學(xué)模擬所需的基本條件以及相關(guān)的處理方法，對速度重新初始化、人工粘性、邊界處理等方面進(jìn)行了探討。運(yùn)用SPH方法對二維矩形水槽的縱蕩和縱搖問題進(jìn)行了數(shù)值模擬，并將模擬結(jié)果與前人的結(jié)果進(jìn)行了對比。結(jié)果表明，SPH對二維矩形水槽的晃蕩過程的模擬非常成功，當(dāng)縱蕩頻率接近容器一階固有頻率時出現(xiàn)了對容器上邊界的砰擊和自由水面的破碎現(xiàn)象