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亚历克斯·D·周。;彼得·斯坦斯比。;本尼迪克特·罗杰斯。;史蒂文·林德。;方、清河

在GPU上使用二维不可压缩SPH与部分浸没矩形箱的聚焦波相互作用，并与实验和线性理论进行比较。 （英语） Zbl 1495.76082号

欧洲力学杂志。，B、 液体 95, 252-275 (2022).
摘要：波浪与跨越水面物体的相互作用是一个常见问题。在二维中考虑一个基本的小吃水深度矩形盒，并使用聚焦波来最小化反射。在某些情况下，会发生漫顶现象，这使得固有质量守恒的光滑粒子流体动力学（SPH）方法变得合适。它以不可压缩（无发散）形式应用于二维图形处理单元（GPU）版本的A.D.周等人代码[计算流体179、543–562（2019；Zbl 1411.76128号)]有了一些改进。提出了一种新的并行GPU算法，用于压力泊松方程的压缩稀疏行矩阵存储阵列的填充，在超过500万个粒子的情况下，可提供327–446倍的函数加速比和1.45–1.78倍的总模拟时间加速比。包含并行函数导致了一个完全并行的ISPH算法。将底部和正面的峰值压力与实验和线性（势流）理论进行了比较。实验使用了周期性聚焦波，尽管波峰高度是可重复的，但波峰的形状有一些变化，这些变化在模型中得到了再现。收敛的不可压缩SPH（ISPH）值与两者近似一致。盒子的溢出显示出与实验的定性一致。虽然线性理论无法解释漫顶或粘性（涡流脱落）效应，但淹没压力预测提供了一个有用的近似值。ISPH模型是单相的，有限的视频证据表明，空气滞留可能发生在正面附近漫顶的初始阶段。自由表面相互作用预测了相当复杂的涡度生成和涡脱落。研究表明了单相ISPH在复杂波-体相互作用中的能力和局限性。

引用于1文件

MSC公司：

76米28 粒子法和晶格气体法
76立方厘米 不可压缩粘性流体的波
76-05 流体力学相关问题的实验工作

关键词：

不可压缩Navier-Stokes方程;漫顶;流体-结构相互作用;质量守恒光滑粒子流体力学方法;稀疏行矩阵存储阵列;压力泊松方程;实验验证

引文：

Zbl 1411.76128号

软件：

库达;双球面物理学;维也纳CL
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{A.D.Chow}等人，《欧洲医学杂志》。，B、 流体95252-275（2022；Zbl 1495.76082）
全文： 内政部
OA许可证

参考文献：

[1] P.S.Tromans，A.R.Anaturk，P.Hagemeijer，《大型海浪运动学的新模型——作为设计波的应用》，摘自：Proc。英国爱丁堡国际海上极地工程会议，1991年。
[2] 张，X。；德雷珀，S。；Wolgamot，H。；赵伟。；Cheng，L.，使用改进的溃坝模型引证固定箱的二维绿水漫顶特征，应用。海洋研究，84，4，74-91（2019）
[3] 奥格，G。；多林，M。；亚历山德里尼，B。；Ferrant，P.，楔形水入口的二维SPH模拟，J.Compute。物理。，213, 803-822 (2006) ·Zbl 1088.76056号
[4] 斯基伦，A。；林德·S·J。；Stansby，P.K。；罗杰斯，B.D.，《时间噪声降低的不可压缩平滑粒子流体力学（SPH）》，广义费氏平滑应用于体水撞击和有效波-体相互作用，计算。方法应用。机械。工程，265163-173（2013）·Zbl 1286.76120号
[5] 林德·S·J。；Stansby，P.K。；罗杰斯，B.D。；Lloyd，P.M.，使用不可压缩平滑粒子流体动力学对水气波冲击的数值预测，应用。海洋研究，49，57-71（2015）
[6] Sun，P。；张，A.M。；马龙，S。；Ming，F.，《圆柱进水的精确高效SPH建模》，应用。海洋研究，72，60-75（2018）
[7] 后藤，H。；Khayyer，A。；Shimizu，Y.，《海洋工程中水弹性流体与结构物相互作用的完全拉格朗日无网格计算方法——可靠性、适应性和通用性》，应用。Ocean Res.，115，第102822条pp.（2021）
[8] 罗，M。；哈耶，A。；Lin，P.，《海洋与海岸工程中的粒子方法》，应用。Ocean Res.，114，第102734条，pp.（2021）
[9] 奥米德瓦尔，P。；Stansby，P.K。；罗杰斯，B.D.，《使用变质量平滑粒子流体动力学（SPH）的二维波体相互作用》，国际。J.数字。《液体方法》，68，6，686-705（2012）·Zbl 1427.76190号
[10] 奥米德瓦尔，P。；Stansby，P.K。；罗杰斯，B.D.，《使用可变质量粒子分布的浮体SPH》，国际。J.数字。《液体方法》，72，4，427-452（2013）·兹比尔1455.76149
[11] S.J.Lind，Q.Fang，P.K.Stansby，B.D.Rogers，G.Fourtakas，适用于甲板上聚焦波浪撞击的两相不可压缩（水-空气）平滑粒子流体动力学（ICSPH）方法，载于：第27届国际海洋极地工程会议，旧金山，2017年。
[12] Sun，P。；罗，M。；勒图泽，D。；Zhang，A.M.，固定平台甲板上反常波浪砰击时的吸力效应：平滑粒子流体动力学模拟和实验研究，Phys。《流体》，第31、11条，第117108页（2019年）
[13] Chow，A.D。；罗杰斯，B.D。；林德·S·J。；Stansby，P.K.，GPU上带泊松解算器的不可压缩SPH（ISPH），计算。物理学。通信，22681-103（2018）·Zbl 1498.76011号
[14] Chow，A.D。；罗杰斯，B.D。；林德·S·J。；Stansby，P.K.，《在单个GPU上使用不可压缩平滑粒子流体力学（ISPH）的数值波盆，垂直圆柱试验案例》，计算。流体，179，543-562（2019）·Zbl 1411.76128号
[15] 方，Q。；郭，A.，聚焦波对部分浸没箱体作用的分析和实验研究，数学。问题。工程，2019（2019）·Zbl 1435.76016号
[16] Gingold，R.A。；Monaghan，J.J.，《平滑粒子流体动力学：非球形恒星的理论和应用》，孟买。不是。R.阿斯顿。《社会学杂志》，181，375-389（1977）·Zbl 0421.76032号
[17] Lucy，L.，《裂变中子测试的数值方法》，Astron。J.，82，1013-1024（1977）
[18] Rota Roselli，R.A。；Vernengo，G.公司。；Altomare，C。；Brizzolara，S。；Bonfiglio，L。；Guercio，R.，《通过使用遗传算法和响应面方法调整模型参数确保波传播的数值稳定性》，环境。模型。软质。，103, 62-73 (2018)
[19] Xu，R。；斯坦斯比，P。；Laurence，D.，基于投影方法和新方法J.Compute的不可压缩SPH（ISPH）的准确性和稳定性。物理。，228, 6703-6725 (2009) ·Zbl 1261.76047号
[20] 林德·S·J。；Xu，R。；Stansby，P.K。；Rogers，B.D.，《自由表面流动的不可压缩平滑粒子流体动力学：脉冲流和传播波稳定性和验证的基于扩散的通用算法》，J.Compute。物理。，231, 1499-1523 (2012) ·Zbl 1286.76118号
[21] 奥格，G。；多林，M。；亚历山德里尼，B。；Ferrant，P.，《一种改进的SPH方法：走向高阶收敛》，J.Compute。物理。，225, 1472-1492 (2007) ·兹比尔1118.76050
[22] Khayyer，A。；H.Gotoh。；石牛，Y。；Gotoh，K.，《关于增强基于投影的粒子方法的能量守恒特性》，《欧洲力学杂志》。B流体，66，20-37（2017）·Zbl 1408.76414号
[23] Schwaiger，H.F.，线性自由表面边界条件下热扩散的隐式修正SPH公式，国际。J.数字。方法工程，75，647-671（2008）·Zbl 1195.80037号
[24] Chorin，A.J.，Navier-Stokes方程的数值解，数学。公司。，22, 104, 745-762 (1968) ·Zbl 0198.50103号
[25] 康明斯，S.J。；Rudman，M.，《SPH投影法》，J.Compute。物理。，152, 584-607 (1999) ·Zbl 0954.76074号
[26] Khayyer，A。；H.Gotoh。；Shimizu，Y.，两种粒子正则化方案的精度和守恒性的比较研究，以及ISPH背景下优化粒子移位方案的建议，J.Compute。物理。，332, 236-256 (2017) ·Zbl 1378.76094号
[27] Monaghan，J.J.，《无拉伸失稳的SPH》，J.Compute。物理。，159, 290-311 (2000) ·Zbl 0980.76065号
[28] Dehnen，W。；Aly，H.，《在无配对不稳定性的情况下改进平滑粒子流体动力学模拟的收敛性》，Mon。不是。R.阿斯顿。Oc.公司。，425, 1068-1082 (2012)
[29] 林德·S·J。；Stansby，P.K。；Rogers，B.D.，《使用SPH和Froude-Krylov近似法在陡峭和破碎的波浪中固定和系泊物体》，《海洋工程杂志》，第2期，第331-354页（2016年）
[30] Lee，E.-S。；穆利内克，C。；Xu，R。；维奥洛，D。；劳伦斯博士。；Stansby，P.，《SPH网格自由粒子法中弱可压缩和真正可压缩算法的比较》，J.Compute。物理。，227, 8417-8436 (2008) ·Zbl 1256.76054号
[31] 邵，S。；Lo，E.Y.M.，用不可压缩SPH方法模拟具有自由表面的内顿流和非牛顿流，Adv.Water Resour。，26, 787-800 (2003)
[32] 马龙，S。；安托诺，M。；Colagrossi，A。；科利奇奥，G。；勒图泽，D。；Graziani，G.，（delta）-SPH模型，用于模拟剧烈冲击流，计算。方法应用。机械。工程，200，1526-1542（2011）·Zbl 1228.76116号
[33] Randles，P.W。；Libersky，L.D.，《光滑粒子流体动力学：一些最近的改进和应用》，计算。方法应用。机械。工程师，139，1-4375-408（1996）·Zbl 0896.73075号
[34] 瓦康迪奥，R。；罗杰斯，B.D。；Stansby，P.K.，《平滑粒子流体动力学：近似零一致二维边界条件和仍然浅水试验》，国际。J.数字。《液体方法》，69，226-253（2012）·Zbl 1427.76193号
[35] Hérault，A。；比洛塔，G。；Dalrymple，R.A.，GPU上的SPH与CUDA，J.Hydraul。决议，48，74-79（2010年）
[36] 郭，X。；罗杰斯，B.D。；林德，S。；Stansby，P.K.，用于高度非线性和畸变流动的不可压缩光滑粒子流体力学（ISPH）的新型大规模并行格式，计算。物理学。通信，233，16-28（2018）·Zbl 07694807号
[37] 耶拉吉，S。；莫阿，B。；Oshkai，P。；Buckham，B。；Crawford，C.，《使用基于MPI的新并行方法对流体力学应用进行ISPH建模》，《海洋工程与能源杂志》，第3期，第35-50页（2017年）
[38] 克雷斯波，A.J.C。；Domínguez，J.M。；罗杰斯，B.D。；戈梅斯·盖斯特拉，M。；Longshaw，S。；卡内拉斯，R。；瓦康迪奥，R。；巴雷罗，A。；García-Feal，O.，DualSPHysics:基于平滑粒子流体动力学（SPH）的开放源并行CFD求解器，计算。物理学。Comm.，187204-216（2015）·Zbl 1348.76005号
[39] Domínguez，J.M。；Fourtakas，G。；阿尔托马雷，C。；坎内拉斯，R.B。；Tafuni，A。；加西亚·菲尔，俄亥俄州。；马丁内斯·埃斯特韦斯，I。；莫科斯，A。；瓦康迪奥，R。；克雷斯波，A.J.C。；罗杰斯，B.D。；Stansby，P.K。；Gómez-Gesteira，《双流体物理学：从流体动力学到多物理问题》，计算机。第部分。机械。(2021)
[40] Domínguez，J.M。；克雷斯波，A.J.C。；戈梅斯·盖斯特拉，M。；Marongiu，J.C.，《平滑粒子流体动力学中的邻域列表》，国际。J.数字。液体方法，67，12，2026-2042（2010）·Zbl 1426.76595号
[41] Domínguez，J.M。；克雷斯波，A.J.C。；Gómez Gesteira，M.，平滑粒子流体动力学方法的CPU和GPU实现的优化策略，Comput。物理学。Comm.，184617-627（2013）
[42] Nickolls，J。；巴克，I。；加尔，M。；Skadron，K.，《使用CUDA的可扩展并行编程》，ACM Queue，6，2，40-53（2008）
[43] 鲁普，K。；Tillet，P。；鲁道夫，F。；Weinbub，J。；Morhammer，A。；Grasser，T。；Jüngel，A。；Selberherr，S.，ViennaCL-多核和多核架构的线性代数库，SIAM J.Sci。计算。，38、5、S412-S439（2016）·Zbl 1349.65740号
[44] 哈里斯，M。；Sengupta，S。；Owens，J.D.，带CUDA的并行前缀和（扫描），（GPU Gems 3（2007），Addison-Wesley Professional），（第39章）
[45] Dean，R.G。；Dalrymple，R.A.，《海洋工程高级系列-第2卷：工程师和科学家的水波力学》（1991年），《世界科学》
[46] 瓦康迪奥，R。；Altomare，C。；De Leffe，M。；胡，X。；勒图泽，D。；林德，S。；Marongiu，J.-C。；马龙，S。；罗杰斯，B.D。；Souto-Iglesias，A.，平滑粒子流体动力学数值方案的重大挑战，计算。第部分。机械。，8, 575-588 (2021)
[47] Green，医学博士。；Peiró，J.，低填充比和高拉伸储罐中晃动的长时间SPH模拟，计算。流体，174179-199（2018）·Zbl 1410.76316号
[48] 韦勒，H.G。；Tabor，G。；贾萨克，H。；Fureby，C.，使用面向对象技术的计算连续体力学的张量方法，Comput。物理。，12, 6, 620-631 (1998)
[49] Chen，L.F。；臧，J。；Hillis，A.J。；摩根大通。；Plummer，A.R.，使用OpenFOAM对波-结构相互作用的数值研究，海洋工程，88，91-109（2014）
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