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SPH理论和方法在高速水动力学中的研究进展
被引量：
5
1
作者
钟
诗
蕴
孙鹏楠
+2 位作者
吕鸿冠
彭玉祥
张阿漫
《中国舰船研究》
CSCD
北大核心
2022年第3期29-48,共20页
船海工程领域中的高速水动力问题及其涉及的复杂流-固耦合过程普遍具有大变形、动边界、强对流、多介质等特征,一直是研究的热点和难点。而传统的网格算法在捕捉边界或界面大变形时存在一定局限性,亟待开发新一代无网格数值模拟技术。其...
船海工程领域中的高速水动力问题及其涉及的复杂流-固耦合过程普遍具有大变形、动边界、强对流、多介质等特征,一直是研究的热点和难点。而传统的网格算法在捕捉边界或界面大变形时存在一定局限性,亟待开发新一代无网格数值模拟技术。其中,光滑粒子流体动力学(SPH)作为拉格朗日无网格粒子方法,在捕捉多相界面和流-固耦合界面时具有较高的精度和强鲁棒性。近年来,随着SPH理论及方法的不断完善,SPH在理论完备性及计算稳定性方面取得了许多新的进步和突破,在模拟高速水动力方面的优势不断凸显,开始广泛应用于船海工程问题。为此,围绕水面航行器的高速水动力、航行体的跨介质水动力、水下爆炸与结构毁伤等问题,针对SPH理论及方法在上述领域取得的研究进展进行综述,讨论现有方法面临的问题与挑战,并展望未来需要开展的研究工作,旨在为后续相关研究提供参考。
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关键词
高速水动力
光滑粒子流体动力学
计算力学
流-固耦合
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职称材料
基于δ+-SPH模型的三维鱼自主游动问题研究
2
作者
黄晓婷
孙鹏楠
+1 位作者
吕鸿冠
钟
诗
蕴
《Acta Mechanica Sinica》
SCIE
EI
CAS
CSCD
2023年第1期168-178,共11页
仿生推进研究对水下潜器的水动力性能和续航能力提升具有重要意义.为此,本文采用光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法研究了三维鱼自主游动的流固耦合(fluid-structure interaction,FSI)问题.为提高SPH模型的...
仿生推进研究对水下潜器的水动力性能和续航能力提升具有重要意义.为此,本文采用光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法研究了三维鱼自主游动的流固耦合(fluid-structure interaction,FSI)问题.为提高SPH模型的计算精度和效率,文中采用了δ+-SPH模型并结合了张力不稳定控制技术(tensile instability control,TIC)和自适应粒子细化(adaptive particle refinement,APR)算法等.计算结果部分,为了验证SPH结果的精度和稳定性,首先采用三维球体绕流基准算例进行验证,随后将三维鱼游动速度与文献结果进行对比.通过比较二维和三维鱼自主推进的结果发现,两者预报的游动速度和涡量场均存在较大差异,凸显了三维研究的必要性.此外,本文对三维鱼尾流的涡结构进行了可视化,并展开详细讨论.结果表明,本文所建立的三维δ+-SPH模型为研究真实鱼类的仿生水动力性能提供了一种新的可靠手段.
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关键词
光滑粒子流体动力学
仿生推进
水动力性能
续航能力
游动速度
水下潜器
SPH
自主游动
原文传递
基于修正光滑粒子流体动力学算法的低能量耗散数值波浪水池开发
被引量：
1
3
作者
黄晓婷
孙鹏楠
+1 位作者
吕鸿冠
钟
诗
蕴
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第6期1502-1515,I0001,共15页
目前,无网格光滑粒子流体动力学SPH粒子法在波浪与结构物相互作用研究方面得到广泛应用,但该方法模拟波浪远距离传播时,常常面临严重的能量耗散问题,导致波高非物理性降低,给大范围海域、长时间作用下的波-物耦合作用研究带来一定困难....
目前,无网格光滑粒子流体动力学SPH粒子法在波浪与结构物相互作用研究方面得到广泛应用,但该方法模拟波浪远距离传播时,常常面临严重的能量耗散问题,导致波高非物理性降低,给大范围海域、长时间作用下的波-物耦合作用研究带来一定困难.对此,本文采用一种核函数修正算法,在确保粒子间相互作用对称性的同时,改进压力梯度离散项的计算精度,设法解决SPH方法中能量非物理性耗散的难题.相较于前人减缓能量非物理性衰减的方法,本文的修正SPH算法避免了自由液面搜索等复杂处理过程,并能保证动量守恒特性.数值结果中,采用振荡液滴、规则波、不规则波等算例,验证本修正SPH算法的准确性和有效性.结果表明,该修正SPH算法能准确模拟振荡液滴形态变化,且动能保持较好守恒性.通过数值水池与物理水池两者规则波与不规则波结果的对比分析表明,基于本文修正SPH算法建立的数值波浪水池具有较好的抗能量衰减效果,能实现长时间、远距离波浪传播的准确模拟.此外,本算法能在低光滑长度系数条件下,实现精确模拟,将极大缩减三维SPH模拟的时间,从而节约计算成本.
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关键词
光滑粒子流体动力学
无网格法
核函数修正
数值水池
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职称材料
题名
SPH理论和方法在高速水动力学中的研究进展
被引量：
5
1
作者
钟
诗
蕴
孙鹏楠
吕鸿冠
彭玉祥
张阿漫
机构
中山大学海洋工程与技术学院
南方海洋科学与工程广东省实验室
哈尔滨工程大学船舶工程学院
出处
《中国舰船研究》
CSCD
北大核心
2022年第3期29-48,共20页
基金
国家自然科学基金资助项目(12002404,52171329)
广州市基础与应用基础研究资助项目(202102020371)。
文摘
船海工程领域中的高速水动力问题及其涉及的复杂流-固耦合过程普遍具有大变形、动边界、强对流、多介质等特征,一直是研究的热点和难点。而传统的网格算法在捕捉边界或界面大变形时存在一定局限性,亟待开发新一代无网格数值模拟技术。其中,光滑粒子流体动力学(SPH)作为拉格朗日无网格粒子方法,在捕捉多相界面和流-固耦合界面时具有较高的精度和强鲁棒性。近年来,随着SPH理论及方法的不断完善,SPH在理论完备性及计算稳定性方面取得了许多新的进步和突破,在模拟高速水动力方面的优势不断凸显,开始广泛应用于船海工程问题。为此,围绕水面航行器的高速水动力、航行体的跨介质水动力、水下爆炸与结构毁伤等问题,针对SPH理论及方法在上述领域取得的研究进展进行综述,讨论现有方法面临的问题与挑战,并展望未来需要开展的研究工作,旨在为后续相关研究提供参考。
关键词
高速水动力
光滑粒子流体动力学
计算力学
流-固耦合
Keywords
high-speed hydrodynamics
smoothed particle hydrodynamics
computational mechanics
fluid-structure interaction
分类号
U661.1 [交通运输工程—船舶及航道工程]
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职称材料
题名
基于δ+-SPH模型的三维鱼自主游动问题研究
2
作者
黄晓婷
孙鹏楠
吕鸿冠
钟
诗
蕴
机构
不详
出处
《Acta Mechanica Sinica》
SCIE
EI
CAS
CSCD
2023年第1期168-178,共11页
基金
supported by the Natural Science Foundation of Guangdong Province(Grant No.2022A1515012084)
the National Natural Science Foundation of China(Grant No.51679053)
the Guangzhou Basic and Applied Basic Research Project(Grant No.202102020371).
文摘
仿生推进研究对水下潜器的水动力性能和续航能力提升具有重要意义.为此,本文采用光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法研究了三维鱼自主游动的流固耦合(fluid-structure interaction,FSI)问题.为提高SPH模型的计算精度和效率,文中采用了δ+-SPH模型并结合了张力不稳定控制技术(tensile instability control,TIC)和自适应粒子细化(adaptive particle refinement,APR)算法等.计算结果部分,为了验证SPH结果的精度和稳定性,首先采用三维球体绕流基准算例进行验证,随后将三维鱼游动速度与文献结果进行对比.通过比较二维和三维鱼自主推进的结果发现,两者预报的游动速度和涡量场均存在较大差异,凸显了三维研究的必要性.此外,本文对三维鱼尾流的涡结构进行了可视化,并展开详细讨论.结果表明,本文所建立的三维δ+-SPH模型为研究真实鱼类的仿生水动力性能提供了一种新的可靠手段.
关键词
光滑粒子流体动力学
仿生推进
水动力性能
续航能力
游动速度
水下潜器
SPH
自主游动
Keywords
δ+-SPH
Self-propulsion swimming
Biomechanics
Fluid-structure interaction
Vortex structure
分类号
O3 [理学—力学]
原文传递
题名
基于修正光滑粒子流体动力学算法的低能量耗散数值波浪水池开发
被引量：
1
3
作者
黄晓婷
孙鹏楠
吕鸿冠
钟
诗
蕴
机构
中山大学海洋工程与技术学院
南方海洋科学与工程广东省试验室(珠海)
出处
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第6期1502-1515,I0001,共15页
基金
国家自然科学基金(12002404,52171329)
广州市基础与应用基础研究项目(202102020371)资助.
文摘
目前,无网格光滑粒子流体动力学SPH粒子法在波浪与结构物相互作用研究方面得到广泛应用,但该方法模拟波浪远距离传播时,常常面临严重的能量耗散问题,导致波高非物理性降低,给大范围海域、长时间作用下的波-物耦合作用研究带来一定困难.对此,本文采用一种核函数修正算法,在确保粒子间相互作用对称性的同时,改进压力梯度离散项的计算精度,设法解决SPH方法中能量非物理性耗散的难题.相较于前人减缓能量非物理性衰减的方法,本文的修正SPH算法避免了自由液面搜索等复杂处理过程,并能保证动量守恒特性.数值结果中,采用振荡液滴、规则波、不规则波等算例,验证本修正SPH算法的准确性和有效性.结果表明,该修正SPH算法能准确模拟振荡液滴形态变化,且动能保持较好守恒性.通过数值水池与物理水池两者规则波与不规则波结果的对比分析表明,基于本文修正SPH算法建立的数值波浪水池具有较好的抗能量衰减效果,能实现长时间、远距离波浪传播的准确模拟.此外,本算法能在低光滑长度系数条件下,实现精确模拟,将极大缩减三维SPH模拟的时间,从而节约计算成本.
关键词
光滑粒子流体动力学
无网格法
核函数修正
数值水池
Keywords
smoothed particle hydrodynamics
mesh free method
kernel correction
numerical wave tank
分类号
O352 [理学—流体力学]
下载PDF
职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
SPH理论和方法在高速水动力学中的研究进展
钟
诗
蕴
孙鹏楠
吕鸿冠
彭玉祥
张阿漫
《中国舰船研究》
CSCD
北大核心
2022
5
下载PDF
职称材料
2
基于δ+-SPH模型的三维鱼自主游动问题研究
黄晓婷
孙鹏楠
吕鸿冠
钟
诗
蕴
《Acta Mechanica Sinica》
SCIE
EI
CAS
CSCD
2023
0
原文传递
3
基于修正光滑粒子流体动力学算法的低能量耗散数值波浪水池开发
黄晓婷
孙鹏楠
吕鸿冠
钟
诗
蕴
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022
1
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职称材料
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