《大變形自由表面流動及流固耦合粒子模型與實驗研究》是依託北京大學，由劉謀斌擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：大變形自由表面流動及流固耦合粒子模型與實驗研究
- 依託單位：北京大學
- 項目負責人：劉謀斌
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
水動力學與海洋工程領域存在眾多的大變形自由表面流動及其與固體結構的強烈耦合作用。控制方程的高度非線性，急劇變化的自由表面，以及可變形的固體壁面都給相關問題的數值模擬帶來極大的挑戰。開展大變形自由表面流動以及流固耦合問題的預測理論與模型研究，探索和發展相關的高效計算方法，在學術與工程上都具有非常重要的意義。光滑粒子動力學SPH方法是一種拉格朗日型無格線粒子方法，在模擬大變形和運動界面特徵方面具有特殊的優勢，如果在算法上加以完善和推廣，預期能將SPH方法套用於水動力學與海洋工程中大變形自由表面流動以及流固耦合的各類問題。本項目旨在：（1）進一步改進SPH方法，兼顧計算精度與穩定性；（2）建立通用有效的壁面邊界處理算法，兼顧邊界處理計算精度、效率，以及對複雜邊界區域的適應性；（3）建立合理的流固耦合算法，同步實現流固耦合。所開發的算法和模型將通過其他數值方法的計算結果與輔助的模型試驗進行驗證。
結題摘要
大變形自由表面流動及流固耦合問題往往涉及高度的非線性、急劇變化的自由表面，以及可變形的固體壁面，對數值模擬而言是一個巨大的挑戰。本項目基於光滑粒子動力學（SPH）方法，發展了一系列創新的算法和模型，提高了SPH方法的精度和適用性，開發了相應的源程式，結合其他CFD數值方法及模型實驗數據對所發展的SPH算法、模型和源程式進行了驗證，並成功將改進的SPH方法套用於液滴撞擊、液體晃蕩、漏油攔截等大變形自由表面流動及流固耦合問題。本項目取得了一系列重要研究成果，實現並部分超過了預期的研究目標。在本項目的支持下，出版英文專著一部、在Journal of Computational Physics, Physical Review E、Coastal Engineering等著名期刊發表SCI收錄論文12篇；參加了多次國內外學術會議，包括3次大會報告和多次邀請報告。研究成果表明，所開發的SPH算法、模型和源程式在模擬大變形自由表面流動與流固耦合問題的優勢，在水動力學與海洋工程領域具有廣闊的套用前景。
