在纳观域内使用光滑粒子法分析液体流动问题

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本文综述了数值模拟方法及无网格方法中的光滑粒子法。对于数值模拟方法,大体可以分为基于网格的方法和无网格方法。基于网格的方法可以分为两种描述:欧拉描述法和拉格朗日描述法。欧拉描述法是对空间的描述方法,其典型代表是有限差分法;拉格朗日描述法是对物质点的描述方法,其典型代表是有限元法。基于网格的数值方法在很多方面由于存在不足,从而使其在许多问题的应用上受到限制,如物体具有大变形、高度非均匀性、运动物质交界面、运动边界和自由表面等特性时,用网格方法就极不易处理。基于这一点,新一代计算方法—无网格方法得到了发展。无网格法的主要思想是:通过使用一系列任意分布的节点(或粒子)来求解具有各种各样边界条件的积分方程或偏微分方程组从而得到精确稳定的数值解,这些节点或粒子之间不需要网格进行连接。而作为无网格方法中的一种方法——光滑粒子法,由于真正意义的脱离了网格,在流体力学领域得到了广泛的应用。 从宏观域采用光滑粒子法对液氩流进行研究,学者们已经做了大量的工作并且得到了很好的结果,但从纳观域采用光滑粒子法对液氩流进行研究,学者们却涉及的很少。本文运用了光滑粒子数值模拟方法,以液氩为研究对象,从纳观域角度出发,求解了液体流动问题,并模拟了液氩流的各个不同时刻的状态和流线图。模拟过程中,粒子出现了包裹效应和不同于宏观现象的锯齿效应。包裹效应是由于采用周期性边界条件所致,锯齿效应是由于小尺度效应的原因。 对于泊肃叶流,从流线矢量图清楚可见,靠近边界固定平板处的液氩流速度很小,越往中间则流速越大,到中间对称面处速度达到最大值,这与宏观域内的液氩流速分布完全相同。对于库埃特流,从流线矢量图清楚可见,贴近上平板的液氩流速度最大,越接近下平板,液氩流速度越小,直到速度为零,这与宏观域内的液氩流速分布完全相同,从而说明了光滑粒子法在纳观域内使用的正确性。
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