《非線性多相多體流固耦合的粘性水彈性數值方法研究》是依託武漢理工大學，由李廷秋擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：非線性多相多體流固耦合的粘性水彈性數值方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李廷秋
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對多相多體的粘性水彈性問題，本項目旨在突破傳統框架下求解非線性兩相流的耗散法及流固耦合的動格線技術，通過發展現代CFD技術及複雜多體運動的建模理論，提出一種尖銳界面兩相流法及多體切割格線有限體積法，揭示多種深遠海環境下氣液固多相流的粘性水彈性機理。首先，強調固定笛卡爾格線下的多體切割格線有限體積法，描述高雷諾數下複雜多體運動，格線無需重構，維持質量與幾何守恆。其次，以尖銳界面法，藉助於傳遞邊界跳躍條件的虛擬格線，求解大密度比非線性兩相流。最後，開發基於徑向基函式的Level Set多體隱式界面構造法與邊界數據插值技術，以及結構動力回響的計算程式和超細長柔性3D計算模型。相關理論及數值方法，形成自主創新核心技術CFD平台，開發了一種新的求解Navier-Stokes方程的數值方法。
結題摘要
本課題按照項目申報書的相關研究內容，廣泛查閱了國內外相關文獻，追蹤粘性流固耦合建模理論與計算方法的最新研究進展，總結與分析現有建模理論與方法的局限性，細化各階段研究內容，重點圍繞氣液固多相流數學模型，探索了尖銳界面重構與精確的數值方法，研究絕對節點坐標有限元方法，通過發展與套用CFD/CSD前沿技術，提出具有自主創新、自主核心技術的有限體積法多相流大渦模擬CFD平台，開發具有自主智慧財產權的有限差分法粘性水彈性CFD/CSD平台，實現了項目任務書預期的研究目標，為深入研究複雜海洋環境下非線性多相、多體、多自由度、多尺度粘性水彈性流固耦合的問題提供新的理論、方法和模擬手段。基於有限體積法的多相流大渦模擬CFD平台，以虛擬流體方法、尖銳界面方法的交叉理論為基礎，結合發展現代代數類型的VOF算法、人工數值耗散技術，通過構建虛擬切換模式“氣-液兩相激活與凍結動態-惰態兩相模式”，依據質量守恆、動量守恆，建立尖銳界面切割體質量力的氣液固多相流五方程數學模型：非定常不可壓縮Navier-Stokes方程（氣體）、現代代數類型的VOF方程、非定常不可壓縮Navier-Stokes方程（液體），同時發展與套用基於切割格線通量限制器的新型高精度格式，提出高解析度格式虛擬模式尖銳界面兩相流方法，重點圍繞以單相流Navier-Stokes方程模式求解多相流問題（高效切割格線有限體積法），以分布虛擬流體格線模式滿足界面跳躍邊界條件，維持介質界面尖銳與準確、介質間斷的幾何形狀與界面兩側各相固有物理屬性，確保介質界面應力邊界條件連續，實現理論上根本解決界面模糊這個固有缺陷。基於有限差分法的粘性水彈性CFD/CSD平台，以虛擬格線法、絕對節點坐標有限元法的交叉理論為基礎，引入徑向基函式技術、梯度增量Level-set方法，通過構建任意物體曲面幾何重構等值面模型，採用、開發與提出廣義CIR（Courant，Isaacson，Reese）方法（同時耦合求解Level set和其梯度方程）、Hermite三次插值法（計算空間任意點變數）、Lagrange多項式技術（插值速度向量）、窄帶內修正Newton法（界面重新初始化）、距離函式重置法（處理固液氣三相界面接觸邊界條件），發展了一個三維連續兩相流模型，同時開發徑向基函式重構虛擬格線動邊界條件技術，形成一類新型的虛擬格線法，結合絕對節點坐標有限元法，
