多介质界面改进数值模拟方法研究

来源 :中国工程物理研究院 | 被引量 : 2次 | 上传用户:daxian005
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多年来,多介质流体界面问题的研究一直是国内外计算流体力学领域的热点研究课题。界面问题主要是指流体求解区域内物理量有大的间断,并在此基础上求解多介质流体交界面运动的问题,其中以对流体运动界面的精确描述最为核心,针对此类问题的数值求解方法有很多,主要的数值模拟方法按照采用坐标系的不同可以分为Lagrange方法和Euler方法,这些方法的应用也十分广泛。本文主要研究多介质流体运动界面的数值模拟方法,重点介绍了其中的示踪粒子方法、VOF方法、Level-set方法、Front Tracking方法,分别研究和比较了四种方法各自的优缺点,并针对Front Tracking方法界面追踪精度高但难于处理大变形及界面拓扑结构变化的特点,对Front Tracking方法提出了改进。本文对改进Front Tracking方法进行了理论推导及数值求解,并编写了改进Front Tracking方法计算程序,选取了二维条件下圆柱贯穿靶板及正反向速度场界面还原测试两个算例对改进方法精度进行验证,并与Level-set方法计算结果进行了比对。本文还对现有的HELP及LSFC数值计算程序进行了简要介绍,将改进Front Tracking方法思想与LSFC程序进行了耦合,在此基础上,选取了铜质圆头形物块撞击靶板算例对耦合程序的精度以及计算资源消耗等方面进行了检验,同时与LSFC程序计算结果进行了比对,得到了较为满意的结果。
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