基于大涡模拟的改进mps法模拟楔形体入水冲击

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1、DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterinEngineeringResearchonWaterEntryofWedgebasedontheImprovedMPSMethodwithLargeEddySimulationCandidate:YuQianStudentID:1100109186Supervisor:Prof.ZhangHuai-xinMajor:NavalArchitectureandOce

2、anEngineeringDateofDefence:February,2013Affiliation:SchoolofNavalArchitecture,OceanandCivilEngineeringUniversity:ShanghaiJiaoTongUniversityII万方数据III万方数据IV万方数据上海交通大学硕士学位论文摘要基于大涡模拟的改进MPS法模拟楔形体入水冲击摘要入水冲击问题很早就为人们所关注,这个问题涉及到物体所受的冲击载荷以及自由液面的大变形。随着计算机软件和硬件的发展，

3、采用计算流体力学的方法研究入水冲击问题也越来越普遍。网格法和无网格法是目前计算流体力学的两种主要方法。移动粒子半隐式法（Moving-ParticleSemi-ImplicitMethod,MPS）是一种基于拉格朗日粒子理念的无网格方法，通过计算每个时刻每个粒子的速度，压强和坐标来描述流体的运动。这样在模拟自由液面的大变形时，避免了网格精度对计算的影响，可以得到比较准确的结果。本文尝试运用基于大涡模拟的改进MPS法模拟楔形体的入水冲击。由于粒子运动的随机性，原始的MPS法存在一个压力震荡的问题。为了减

4、缓MPS方法的压力震荡，我们引入了新的压力泊松方程，得到了改进的MPS法。我们之前的研究验证了改进MPS法在数值模拟过程中缓解压力振荡的有效性。在对湍流的模拟中，大涡模拟运用的非常广泛，而且得到的效果也比较令人满意。作为粒子法模拟自由液面变化的参照对象，文章首先用基于有网格计算理论的FLUENT软件计算模拟了楔形体的入水冲击过程，并观察了在入水冲击的过程中，自由液面的变形情况。然后文章将基于大涡模拟的改进MPS法用于平板冲击水面的模拟中，将不同核函数的计算结果和实验结果进行对比，得出KF1核函数更适用

5、于冲击模拟。然后我们深入分析了粒子穿越的原因，提出了双层楔形体压力墙粒子布置的方法。最后运用基于大涡模拟的改进MPS方法模拟楔形体的入水冲击，对比了双层楔形体压力墙和单层压力墙模型的模拟结果，验证了双层压力墙粒子布置的有效性，最后将基于KF1核函I万方数据上海交通大学硕士学位论文摘要数的双层压力墙模型的模拟结果与实验进行对比，验证了大涡模拟改进MPS法在冲击问题中的适用性。关键词：改进MPS法大涡模拟入水冲击楔形体II万方数据上海交通大学硕士学位论文ABSTRACTRESEARCHONWATERENT

6、RYOFWEDGEBASEDONTHEIMPROVEDMPSMETHODWITHLARGEEDDYSIMULATIONABSTRACTWaterimpactissuehasbeenstudiedforalongtimewhichinvolvestheimpactloadsandfreesurfacedeformation.Withthedevelopmentofcomputersoftwareandhardware,theresearchonthewaterimpactbythemethodofcom

7、putationalfluidmechanicsismoreandmorepopular.Gridmethodandmeshlessmethodisthetwomainmethodsofcomputationalfluiddynamics.Moving-ParticleSemi-ImplicitMethod(MPS)isanewproposedmeshlessmethodbasedonLagrangeparticleconcept,whichtracesthevelocity、pressureandl

8、ocationoftheparticles.Sothatinthesimulationofalargedeformationsurface,MPScanavoidtheinfluenceofthegridaccuracyofthecalculation,moreaccurateresultscanbeobtained.ThispaperattemptstousetheimprovedMPSmethodbasedonlargeeddysimulationt