《顆粒流體力學方法：一種流體力學的顆粒離散單元方法》是依託北京林業大學，由閆民擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：顆粒流體力學方法：一種流體力學的顆粒離散單元方法
- 依託單位：北京林業大學
- 項目負責人：閆民
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
為了解決，傳統流體力學在建立複雜流固系統的力學模型時，還存在很大的障礙和困難，還缺乏可行有效的理論和計算方法，這一目前流體力學遇到的最為基本而又複雜的科學問題，本項目基於在一定的時空中，假設流體由離散顆粒所組成,其運動的原因為流體顆粒間的碰摩和流體密度差，獨立提出了一種顆粒流體力學方法(Granule Hydrodynamics Method,GHM)。GHM對流體運動規律的獲得，基於流體狀態方程和聲速導數狀態方程，不依賴N-S方程，是一種以流體物理屬性為依據對流體運動的數值模擬方法，GHM的腔內剪下流動和泊肅葉管計算與FDM、SPH及理論結果非常吻合以及GHM其它的一些前期研究，初步驗證了GHM的正確可行性。GHM完全不同於傳統流體力學，是一種流體力學新方法具有原始創新性，為複雜流固系統建模難點的突破提供了創新思路和方法，具有重要的科學意義和流體力學科學前沿中的重大戰略需求的套用價值。
結題摘要
顆粒流體力學方法（GHM）是一種解決多運動固體流固耦合系統中流體運動過程的計算方法。在對流固耦合系統中流體動力學問題的研究中，GHM能有效地建立流固耦合系統的數學分析模型，可便捷地獲取系統的瞬時流場分布信息和確定流體與固體在運動過程中每一瞬時的相互作用力。與傳統流體力學方法相比，GHM在一定的條件下具有普遍性和便利性。在解決有關多運動固體的流固耦合問題中，具有其獨特的優勢。 建立了GHM顆粒流體力學的運動方程、GHM流場中密度場壓強場的研究、基於GHM固體封閉邊界中邊界顆粒的壓強作用力研究以及基於GHM流-固接觸邊界研究包括：研究了流體顆粒直徑大於或小於等於 格線邊長時流場的密度和壓強計算方法，給出了證明密度和壓強計算正確性的相關驗證，研究了流體顆粒壓強力的作用邊長。研究了固體封閉邊界壓強作用力的載入，研究中考慮了固體顆粒封閉邊界的外部才承受壓強作用力，修正封閉邊界上顆粒受到的壓強作用力的有向作用邊長，建立了GHM血管流動力學模型，並以NACA0012驗證了封閉邊界處理的正確性。研究了GHM流-固接觸邊界的處理方法，討論了當顆粒與計算區域邊界或固體顆粒接觸時流體顆粒位於重疊區域外的部分所在各個 格線的壓強作用邊長。研究了包括圓柱繞流和血液流動的GHM模擬算例，通過計算結果對比分析，說明GHM與傳統流體力學方法以及相關實驗相吻合有很好的一致性。 為了提高顆粒流體動力學方法的計算性能，在多核計算機環境下，本文提出基於OpenMP的並行編程模型實現GHM的主要計算模組算法的並行方案。首先，通過分析GHM算法的主要計算模組的實現過程，發掘計算過程中可被並行執行的關鍵模組。然後對OpenMP編譯指導命令及運行時庫函式等標準規範進行研究，利用OpenMP實現GHM中流體運動規律求解過程的並行處理。證明了套用OpenMP技術能夠較為明顯地提高GHM的計算性能，而且編程方式簡單，具有很好的可移植性。
