《結構入水空泡流動的高精度SPH模擬研究》是依託北京大學，由劉謀斌擔任負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：結構入水空泡流動的高精度SPH模擬研究
- 項目負責人：劉謀斌
- 依託單位：北京大學
- 項目類別：聯合基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本申請針對“培育項目”的明確目標課題-“8.結構入水空泡現象研究”提出，旨在基於高精度SPH方法，發展有效的流固耦合、兩相流動及無反射邊界算法，並在SPH方法中引入合適的紊流模型與空泡模型，通過理論分析、模型實驗及其他CFD數值結果的驗證，建立能夠有效模擬結構入水及入水空泡流動的數值模擬方法，以分析和研究結構入水過程中空泡的萌生、發育和潰滅的機理及其對水體阻力與結構載荷特性的影響，解釋現有數值結果和實驗觀察的差異。希望通過本項目的研究，為結構入水及入水空泡問題提供科學的數值模擬方法和新技術、新思路，對結構入水及入水空泡進行有效的預測，從而趨利避害，並幫助指導設計相關的入水結構。
結題摘要
本項目旨在發展高精度無格線粒子方法，結合模型實驗，以研究結構入水及產生的空泡特性。首先，項目發展了一種解耦有限粒子法（DFPM）, 一系列數值結果表明本項目發展的DFPM方法是一種精度高、穩定性好的新型粒子方法，能夠準確對自由面流動進行模擬，該方法可用於研究具有自由面或大變形的複雜流動問題。在DFPM方法的基礎上，發展了有效的流固耦合模型、無反射邊界模型和多相流界面模型。這些模型不僅可用於結構入水空泡流動問題，也能夠推廣套用於其他多相多介質運動領域，如爆炸驅動金屬運動。基於本項目發展的數值模型，對楔形體入水過程中的空氣泡進行了數值研究。數值結果表明，楔形體入水過程中，在楔體兩側形成兩股射流，隨著時間的發展，射流逐漸閉合形成空氣泡，空氣泡可以傳遞壓力，進而產生推動楔形體入水的動力。本項目採用高速攝影方法在實驗室水箱中開展超疏水小球低速入水實驗，觀察和研究小球入水過程中的水空泡類型。實驗結果表明超疏水小球的入水及空泡動力學行為主要與韋伯數和邦德數有關。在不同參數下，小球入水及空泡的動力學行為可能經歷漂浮振盪、準靜態閉合、淺閉合、深閉合和表面閉合。 本項目發展了氣、液、固三相流動數值模型，為研究結構入水提供了一種精度高、穩定性好的新型粒子方法。從數值和實驗兩個方面探討了結構物入水過程中的空氣泡特性，有助於對氣泡和結構物運動特性之間關係的理解，具有重要的理論意義和學術價值，同時也具有廣闊的工程套用背景。 本項目研究內容共發表文章19篇SCI文章。在本項目的支持下，舉辦國際會議1次，項目負責人多次應邀參加國際/國內學術會議，並作大會報告或專題報告，項目負責人也多次榮獲各種學術獎勵，2017年教育部自然科學類一等獎，以及2018年世界華人計算力學學會計算力學獎；2015年以來蟬聯入榜Elsevier計算力學領域中國高被引學者。
