運動界面模擬技術及在環(huán)境分層流問題中的應用
發(fā)布時間：2021-07-04 11:07
自然環(huán)境水體中的分層流動通常是由溫度、主動輸運物質(zhì)（如鹽度、泥沙等）或者它們的組合作用誘導產(chǎn)生的。由于各組分對水體密度的貢獻以及其自身的擴散特性的差異使得該類分層流動更為復雜。本文從兩流體的角度，采用Level Set方法追蹤兩流體分層界面的運動，對每相流體分別求解，并考慮界面處兩流體間的相互作用，模擬了污水排海等分層流問題，詳細闡述了海水入侵過程和機理。本文研究的主要成果包括：（1）采用Level Set方法追蹤界面的時空變化。本文基于快速行進法和源點掃描法的思想，提出了非結構同位網(wǎng)格下Level Set的實現(xiàn)策略。并通過實例，對Level Set法與VOF法作了比較分析。（2）界面附近網(wǎng)格點密度、擴散系數(shù)等物理參數(shù)處理，二維三維采用了不同的策略。對二維情形，根據(jù)符號距離函數(shù)精確計算各網(wǎng)格單元的相體積分布，而后可計算網(wǎng)格單元的密度和擴散系數(shù)；對三維情形，直接采用正弦函數(shù)光滑處理。對于界面物理量的擴展采用一階的isobaric fix ghost處理。（3）將密度方程和動量方程統(tǒng)一成一個積分方程，采用梯度重構策略，結合限制器，改進了兩流體的SIMPLE（SIMPLEC）算法和人工壓縮算...
【文章來源】：河海大學江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：117 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
各種點集示意圖
yx，y‘cos(廠(x一x。))sin(二(少一夕。))一二sin(二(x一x。))cos(汀(y一y。))了.、了.、該流場是不可壓縮處處守恒的。取x0二0.5，y0一0.5，計算區(qū)域為[0，1]‘[0，1]，初始界面為圓心在(0.5，0.3)，半徑為0.2的圓周，如圖2.8所示�？臻g步長為0.01，計算時間為15。對于t習S時界面的理論結果既可以通過積分求得，也可以通過單純拉格朗日粒子法求得:在初始界面上布置大量的粒子，追蹤這些粒子的位置，這些密集的粒子顯示的圖象就是界面的位置。采用單純拉格朗日粒子法計算的粒子圖象如圖2.9。/、、刁/\/r/‘、、、、廠\產(chǎn)，.-.J\‘.卜.卜.rL.rL.卜.r‘ 642 000卜\\///\、、、一一︸產(chǎn)\‘\\，z滬j，。:資二一~，_L‘L上_1_一..一‘習L司 020.40.608X圖2
運動哪面葵翔炭術決建鄧貓第三章主場運動方程的藕合，兩相間存在分界面，在模擬兩相間的相互物理參數(shù)的計算是很重要的。本文采用了兩性確定后，密度、擴散系數(shù)等可以很方便地處理。計算相流體物理量時，物理量需要向時，采用ghost網(wǎng)格處理技術。計算
【參考文獻】：
期刊論文
[1]界面追蹤的Level Set和Particle Level Set方法[J]. 谷漢斌,李炎保,李紹武,張慶河. 水動力學研究與進展（A輯）. 2005(02)
[2]基于Level Set的多維雙曲守恒律標量方程的激波追蹤方法[J]. 封建湖,蔡力,王振海,余紅偉. 應用力學學報. 2005(01)
[3]運動激波和氣泡串相互作用的初步數(shù)值模擬[J]. 陳菲,張夢萍,徐勝利. 計算物理. 2004(05)
[4]Reynolds應力模型在熱分層流場中的應用及優(yōu)化[J]. 陳麗星,姚朝暉,BOTTONI Maurizio. 清華大學學報(自然科學版). 2003(08)
[5]水庫溫差異重流模型的研究[J]. 鄧云,李嘉,羅麟,趙文謙. 水利學報. 2003(07)
[6]基于Mumford-Shah模型的快速水平集圖像分割方法[J]. 李俊,楊新,施鵬飛. 計算機學報. 2002(11)
[7]數(shù)值模擬界面流方法進展[J]. 劉 全,張曉軼,水鴻壽. 力學進展. 2002(02)
[8]邊界元中三維重調(diào)和方程的精確積分法[J]. 袁政強,祝家麟. 重慶大學學報(自然科學版). 2002(04)
[9]對水平集方法魯棒初始化的雙向快速步進法[J]. 李俊,楊新,施鵬飛. 系統(tǒng)仿真學報. 2001(S1)
[10]Level Set方法及其在兩相流數(shù)值模擬研究中的應用[J]. 李會雄,楊冬,陳聽寬,羅毓珊,湯敏. 工程熱物理學報. 2001(02)
博士論文
[1]溫差剪切分層流運動特性試驗及數(shù)值模擬研究[D]. 褚克堅.河海大學 2006
[2]橫向流動條件下多孔水平動量射流摻混特性研究[D]. 肖洋.河海大學 2005
[3]溫鹽分層流的非結構網(wǎng)格數(shù)值模擬[D]. 賴錫軍.河海大學 2004
碩士論文
[1]二維淺水水流數(shù)值模擬技術研究[D]. 于普兵.南京水利科學研究院 2006
本文編號：3264675
【文章來源】：河海大學江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：117 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
各種點集示意圖
yx，y‘cos(廠(x一x。))sin(二(少一夕。))一二sin(二(x一x。))cos(汀(y一y。))了.、了.、該流場是不可壓縮處處守恒的。取x0二0.5，y0一0.5，計算區(qū)域為[0，1]‘[0，1]，初始界面為圓心在(0.5，0.3)，半徑為0.2的圓周，如圖2.8所示�？臻g步長為0.01，計算時間為15。對于t習S時界面的理論結果既可以通過積分求得，也可以通過單純拉格朗日粒子法求得:在初始界面上布置大量的粒子，追蹤這些粒子的位置，這些密集的粒子顯示的圖象就是界面的位置。采用單純拉格朗日粒子法計算的粒子圖象如圖2.9。/、、刁/\/r/‘、、、、廠\產(chǎn)，.-.J\‘.卜.卜.rL.rL.卜.r‘ 642 000卜\\///\、、、一一︸產(chǎn)\‘\\，z滬j，。:資二一~，_L‘L上_1_一..一‘習L司 020.40.608X圖2
運動哪面葵翔炭術決建鄧貓第三章主場運動方程的藕合，兩相間存在分界面，在模擬兩相間的相互物理參數(shù)的計算是很重要的。本文采用了兩性確定后，密度、擴散系數(shù)等可以很方便地處理。計算相流體物理量時，物理量需要向時，采用ghost網(wǎng)格處理技術。計算
【參考文獻】：
期刊論文
[1]界面追蹤的Level Set和Particle Level Set方法[J]. 谷漢斌,李炎保,李紹武,張慶河. 水動力學研究與進展（A輯）. 2005(02)
[2]基于Level Set的多維雙曲守恒律標量方程的激波追蹤方法[J]. 封建湖,蔡力,王振海,余紅偉. 應用力學學報. 2005(01)
[3]運動激波和氣泡串相互作用的初步數(shù)值模擬[J]. 陳菲,張夢萍,徐勝利. 計算物理. 2004(05)
[4]Reynolds應力模型在熱分層流場中的應用及優(yōu)化[J]. 陳麗星,姚朝暉,BOTTONI Maurizio. 清華大學學報(自然科學版). 2003(08)
[5]水庫溫差異重流模型的研究[J]. 鄧云,李嘉,羅麟,趙文謙. 水利學報. 2003(07)
[6]基于Mumford-Shah模型的快速水平集圖像分割方法[J]. 李俊,楊新,施鵬飛. 計算機學報. 2002(11)
[7]數(shù)值模擬界面流方法進展[J]. 劉 全,張曉軼,水鴻壽. 力學進展. 2002(02)
[8]邊界元中三維重調(diào)和方程的精確積分法[J]. 袁政強,祝家麟. 重慶大學學報(自然科學版). 2002(04)
[9]對水平集方法魯棒初始化的雙向快速步進法[J]. 李俊,楊新,施鵬飛. 系統(tǒng)仿真學報. 2001(S1)
[10]Level Set方法及其在兩相流數(shù)值模擬研究中的應用[J]. 李會雄,楊冬,陳聽寬,羅毓珊,湯敏. 工程熱物理學報. 2001(02)
博士論文
[1]溫差剪切分層流運動特性試驗及數(shù)值模擬研究[D]. 褚克堅.河海大學 2006
[2]橫向流動條件下多孔水平動量射流摻混特性研究[D]. 肖洋.河海大學 2005
[3]溫鹽分層流的非結構網(wǎng)格數(shù)值模擬[D]. 賴錫軍.河海大學 2004
碩士論文
[1]二維淺水水流數(shù)值模擬技術研究[D]. 于普兵.南京水利科學研究院 2006
本文編號：3264675
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