液滴冲击自由液面的SPH法数值模拟

• 作者: 李大鸣 李晓瑜 林毅
• 来源期刊: 中国科学（技术科学）
• 关键词: SPH 液滴冲击过程 自由液面 数值模拟
• 年，卷（期）: 2011,（8）
• 所属期刊栏目: 论文
• 页码范围: 1055-1062
• 页数: 8页
• 语种: 中文
• DOI: 10.1007/s11431-011-4422-0

摘要

液滴冲击液面是一个在自然界及工业生产中极其普遍的现象,同时又是一个极其复杂的强非线性瞬态冲击与自由表面流动问题.本文在二维黏性不可压缩N-S方程的基础上,采用光滑粒子流体动力学方法对液滴(水珠)以一定的初速度冲击盛水容器内液面问题进行了数值模拟研究.研究过程中通过搜索自由表面粒子,在表面粒子之间,考虑了表面张力的作用;运用人工黏性解决了初始冲击效应;同时引入边壁虚粒子和镜像虚粒子处理边界条件,很好地解决了粒子法的边界缺陷问题,并消除了容器角落处实粒子的不稳定现象.计算结果得到了粒子分布图、流场图,压强图及不同粒子位移和速度变化曲线,通过将模拟结果与实验照片进行比较说明了模拟的有效性,最后还定性比较了分别采用Level-Set法、BEM法及SPH法时的液面波动曲线变化情况.研究结果表明:液滴冲击液面时会出现液体飞溅、不连续液面以及自由液面大幅晃荡等强非线性现象;冲击过程中液体粒子运动呈现震荡特性;SPH法对处理自由表面大变形问题具有一定的优势.