×

用于模拟上升气泡的轴对称多相SPH模型。 (英语) Zbl 1442.76085号

概述:由于粒子数量巨大,3-D SPH模拟通常很耗时。对于具有轴对称特性的问题,可以简化整个三维域的求解,大大节省了计算成本。本文提出了柱坐标系下SPH公式的一种新的推导方法,该方法简单易行,具有物理意义。基于导出的公式,建立了一个多相数值模型,包括表面张力、粘性力、界面锐化力的离散化公式和多相界面附近高密度比的处理,以及改进的靠近轴线的防穿透处理。通过经典表面张力试验和不同条件下的气泡上升问题,验证了所提出的多相SPH模型的有效性和鲁棒性。将计算结果与解析解、实验数据和其他数值结果进行了比较。新型轴对称SPH模型的良好结果表明,对于复杂轴对称多相流的高效SPH建模具有很大潜力。通过比较轴对称模拟和三维模拟在CPU时间方面的差异,大大提高了效率。

MSC公司:

76米28 粒子法和晶格气体法
65亿75 涉及偏微分方程的初值和初边值问题的概率方法、粒子方法等
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] 格雷尼尔,N。;Touzé,D.L。;Colagrossi,A。;科利奇奥,G。;Antuono,M.,《泡状流的SPH多相模拟:走向油水分离》(Asme国际海洋会议(2013))
[2] 黄,X。;王秋霞。;张,A.M。;Su,J.,超声波激励下双微泡系统的动态行为,超声波。声波化学。,43, 166-174 (2018)
[3] 李强。;He,K。;Wu,N。;Zeng,J.,通过气泡浮选净化坩埚中的铝熔体,Procedia Manuf.,37,438-442(2019)
[4] 刘,S。;王,Q。;马,H。;黄,P。;李,J。;Kikuchi,T.,微气泡对染色废水混凝-浮选过程的影响,9月净化技术。,71, 337-346 (2010)
[5] 方,H。;华山,Z。;罐头,H。;Moubin,L.,用有限粒子法对斜坡上孤立波破碎的数值研究,Coast。工程,156103617(2020)
[6] Colagrossi,A。;Landrini,M.,用光滑粒子流体动力学对界面流动进行数值模拟,J.Compute。物理。,191, 2, 448-475 (2003) ·Zbl 1028.76039号
[7] 阿达米,S。;胡晓云。;Adams,N.A.,使用再现发散近似的多相SPH的新表面张力公式,J.Comput。物理。,229, 13, 5011-5021 (2010) ·Zbl 1346.76161号
[8] 张,A。;Sun,P。;Ming,F.,三维气泡上升和合并的SPH模型,计算。方法应用。机械。工程,294189-209(2015)·Zbl 1423.76378号
[9] 杨琼。;姚,J。;黄,Z。;Asif,M.,三维多相界面模拟的综合SPH模型,计算与流体,18798-106(2019)·Zbl 1474.76062号
[10] Petschek,A.G。;Libersky,L.D.,圆柱形光滑粒子流体动力学,J.Compute。物理。,109, 76-83 (1993) ·Zbl 0791.76066号
[11] 奥芒,M。;Brve,S。;Trulsen,J.,球坐标和柱坐标下的SPH,J.计算。物理。,213, 1, 391-412 (2006) ·Zbl 1088.76057号
[12] F.-R.明。;Sun,P.-N。;张安明,基于轴对称SPH法的水下接触爆炸装药参数研究,应用。数学。机械。,35, 4, 453-468 (2014)
[13] Taddei,L。;Lebaal,北卡罗来纳州。;Roth,S.,轴对称黎曼问题用标准SPH方法求解。开发具有人工粘度的极性配方,计算。数学。申请。,74, 12, 3161-3174 (2017) ·Zbl 1401.76111号
[14] Brookshaw,L.,圆柱坐标系下的光滑粒子流体力学,ANZIAM J.,44,E,C114-C139(2003)·Zbl 1123.76354号
[15] García-Senz,D。;Relaño,A。;卡贝松,R.M。;Bravo,E.,《具有自重的轴对称平滑粒子流体力学》,周一。不是。R.阿斯顿。Soc.,392,1,346-360(2009年)
[16] Yang,G。;韩,X。;Hu,D.A.,用圆柱形光滑粒子流体动力学方法模拟爆炸驱动金属管,激波,25,6,573-587(2015)
[17] 龚,K。;邵,S。;刘,H。;林,P。;Gui,Q.,《圆柱形SPH进水模拟》,J.Fluids Eng.,141071303(2018)
[18] 斯威格尔,J。;希克斯博士。;阿塔韦,S.,《平滑粒子流体动力学稳定性分析》,J.Compute。物理。,116, 1, 123-134 (1995) ·Zbl 0818.76071号
[19] 洪斌,J。;Xin,D.,关于稳定场中光滑粒子流体动力学核的准则,J.Compute。物理。,202, 2, 699-709 (2005) ·Zbl 1061.76067号
[20] Marrone,S.,《大变形自由表面流的增强SPH建模》(2011年),(论文)
[21] 张,A.-M。;Yang,W.-S。;黄,C。;Ming,F.-R.,基于SPH和BEM组合的柱状装药水下爆炸数值模拟,计算与流体,71,169-178(2013)·Zbl 1365.76245号
[22] Colagrossi,A。;安托诺,M。;Souto-Iglesias,A。;Le Touze,D.,《自由表面流动模拟中粘性光滑颗粒流体动力学公式一致性的理论分析和数值验证》,Phys。版本E,84,第2部分,026705(2011)
[23] Ming,F.R。;Sun,P.N。;Zhang,A.M.,通过多相SPH模型在自由表面破裂上升气泡的数值研究,麦加尼卡,52,11-12,2665-2684(2017)
[24] 龚,K。;邵,S。;刘,H。;王,B。;Tan,S.-K.,流体-结构相互作用的两相SPH模拟,J.流体结构。,65, 155-179 (2016)
[25] Sun,P。;明,F。;Zhang,A.,使用稳健的SPH方法对自由表面和刚体之间的相互作用进行数值模拟,海洋工程,98,32-49(2015)
[26] Colagrossi,A.,具有碎裂的自由表面和界面流的无网格拉格朗日方法(2005),(论文)
[27] 陈,Z。;宗,Z。;刘,M.B。;邹,L。;Li,H.T。;Shu,C.,具有复杂界面和大密度差的多相流SPH模型,J.Compute。物理。,283, 169-188 (2015) ·Zbl 1351.76231号
[28] Sun,P.N。;Li,Y.B。;Ming,F.R.,使用平滑粒子流体动力学方法对自由上升气泡的运动特性进行数值模拟,《机械学报》。Sinica,64,17,174701(2015)
[29] 格雷尼尔,N。;安托诺,M。;Colagrossi,A。;勒图泽,D。;Alessandrini,B.,《多流体和自由表面流动的哈密顿界面SPH公式》,J.Compute。物理。,228, 22, 8380-8393 (2009) ·兹比尔1333.76056
[30] Sun,P.N。;勒图泽,D。;Zhang,A.M.,利用APR的多阶段SPH方法研究复杂流体结构溃坝基准问题,工程分析。绑定。元素。,104, 240-258 (2019) ·Zbl 1464.76160号
[31] 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, 18, 6703-6725 (2009) ·兹比尔1261.76047
[32] 林德·S。;Xu,R。;斯坦斯比,P。;Rogers,B.,《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, 4, 1499-1523 (2012) ·Zbl 1286.76118号
[33] Sun,P.N。;Colagrossi,A。;马龙,S。;Zhang,A.M.,\(\delta\)加SPH模型:进一步改进SPH方案的简单程序,Comput。方法应用。机械。工程,315,25-49(2017)·Zbl 1439.76133号
[34] 王,P.-P。;孟,Z.-F。;张,A.M。;F.-R.明。;Sun,P.-N.,平滑粒子流体力学中自由表面流的改进粒子移动技术和优化自由表面检测方法,计算。方法应用。机械。工程,357(2019)·Zbl 1442.76018号
[35] Sun,P.N。;Colagrossi,A。;马龙,S。;安托诺,M。;Zhang,A.M.,“(delta)-plus-SPH模型中粒子移动的一致方法”,计算。方法应用。机械。工程,348912-934(2019)·Zbl 1440.76124号
[36] 奥格,G。;马龙,S。;勒图泽,D。;de Leffe,M.,通过结合准拉格朗日移动传输速度和一致的ALE公式提高SPH精度,J.Compute。物理。,313, 76-98 (2016) ·Zbl 1349.65537号
[37] Mokos,A。;罗杰斯,B.D。;Stansby,P.K.,《用多相粒子移动算法模拟含有大量粒子的暴力流体动力学的SPH》,J.Hydraul。第55号、第2号、第143-162号决议(2016年)
[38] Khayyer,A。;H.Gotoh。;Shimizu,Y.,一种基于投影的粒子方法,用于具有大密度比和不连续密度场的多相流,计算与流体,179,356-371(2019)·Zbl 1411.76138号
[39] 布拉克比尔,J。;科特,D。;CA,Z.,《模拟表面张力的连续体方法》,J.Compute。物理。,100, 335-354 (1992) ·Zbl 0775.76110号
[40] Hua,J。;Stene,J.F。;Lin,P.,使用前沿跟踪方法对粘性液体中三维气泡上升的数值模拟,J.Comput。物理。,227, 6, 3358-3382 (2008) ·Zbl 1329.76262号
[41] Hua,J。;Lou,J.,粘性液体中气泡上升的数值模拟,J.Compute。物理。,222, 2, 769-795 (2007) ·Zbl 1158.76404号
[42] Colagrossi,A。;Bouscasse,B。;安托诺,M。;Marrone,S.,SPH方案的粒子填充算法,计算。物理学。Comm.,183,81641-1653(2012)·兹比尔1307.65140
[43] 阿达米,S。;胡晓云。;Adams,N.A.,平滑粒子流体动力学的输运速度公式,J.Compute。物理。,241, 292-307 (2013) ·Zbl 1349.76659号
[44] 巴加,D。;韦伯,M.,《粘性液体中的气泡:形状、尾迹和速度》,《流体力学杂志》。,105, 61-85 (1981)
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。