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移动粒子半隐式法晃荡模拟中的压力震荡现象研究 被引量:18
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作者 潘徐杰 张怀新 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2008年第4期453-463,共11页
使用移动粒子半隐式法(MPS)模拟了液舱晃荡现象。模拟中选用了3种不同的典型核函数,结果表明,有限值的核函数更适合晃荡现象的模拟。针对由自由表面判定条件引起的压力震荡现象,本文使用了不同的自由表面判定条件,发现较小β能够减少由... 使用移动粒子半隐式法(MPS)模拟了液舱晃荡现象。模拟中选用了3种不同的典型核函数,结果表明,有限值的核函数更适合晃荡现象的模拟。针对由自由表面判定条件引起的压力震荡现象,本文使用了不同的自由表面判定条件,发现较小β能够减少由自由表面判定条件引起的压力震荡;进而使用面积-时间平均法处理压力震荡,取得了不错的效果。在面积平均法中,使用了一种权重式平均法,以减轻平均面积中存在压力畸点的影响;在时间平均法中,结果表明在合适的范围内,平均时间段越长,消除压力震荡的效果就越明显。 展开更多
关键词 晃荡 无网格法 移动粒子半隐式法(mps) 压力震荡
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齿轮箱飞溅润滑流场分布和搅油力矩损失 被引量:12
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作者 刘桓龙 谢迟新 +1 位作者 李大法 王家为 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期875-886,共12页
齿轮箱飞溅润滑具有齿轮旋转、两相流及流场分布复杂等特点,难以通过理论或实验进行研究;在计算流体动力学方法上,传统的网格法存在动网格处理困难、计算成本高的弊端.针对以上问题,提出运用移动粒子半隐式法(MPS)对齿轮箱飞溅润滑开展... 齿轮箱飞溅润滑具有齿轮旋转、两相流及流场分布复杂等特点,难以通过理论或实验进行研究;在计算流体动力学方法上,传统的网格法存在动网格处理困难、计算成本高的弊端.针对以上问题,提出运用移动粒子半隐式法(MPS)对齿轮箱飞溅润滑开展仿真分析.在低转速时,设置不同润滑油型号和温度工况,发现润滑油流场分布情况与试验结果较一致.在高转速时,设置不同的油温工况,发现相对光滑粒子流体动力学方法(SPH),基于MPS方法数值计算所得的齿轮搅油力矩损失准确度更高,能够准确预测力矩损失变化趋势,但力矩损失预测误差较大,须进一步改进和完善.MPS方法严格保证了流体的不可压缩性,易于追踪捕捉大变形和强非线性化的自由液面,能够较好地分析预测齿轮箱飞溅润滑流场的分布效果. 展开更多
关键词 飞溅润滑 移动粒子半隐式法(mps) 流场分布 力矩损失 计算流体动力学(CFD)
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基于无网格法的水中气泡上升运动数值模拟 被引量:10
3
作者 孙中国 席光 项利峰 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期772-774,共3页
本文对无网格法的一种一移动粒子半隐式法(MPS)进行了较深入的研究,介绍了该方法的基本原理和算法,推导并建立了表面张力和气液两相流等若干粒子作用模型,编程实现了二维情况下水中气泡自由上升运动的数值模拟;对计算结果进行分析并与... 本文对无网格法的一种一移动粒子半隐式法(MPS)进行了较深入的研究,介绍了该方法的基本原理和算法,推导并建立了表面张力和气液两相流等若干粒子作用模型,编程实现了二维情况下水中气泡自由上升运动的数值模拟;对计算结果进行分析并与相关实验结果进行了定性比较,模拟结果显示了移动粒子半隐式法在模拟自由表面和气液两相流问题的优越性,也为研究涉及到大变形的相关问题提供了很好的解决思路。 展开更多
关键词 无网格法 移动粒子半隐式法 表面张力 气液两相流
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基于MPS方法的液态铅铋合金内气泡上升流数值模拟 被引量:7
4
作者 陈荣华 田文喜 +3 位作者 左娟莉 苏光辉 秋穗正 许建辉 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期96-99,共4页
移动粒子半隐式(MPS)方法捕捉多相流体动力学相界面的能力比传统网格方法具有明显优势。本研究采用MPS方法,使用FORTRAN语言自编程序,对单个氩气气泡在液态铅铋合金内从静止到充分发展整个过程中的瞬态动力学行为进行二维数值模拟,得到... 移动粒子半隐式(MPS)方法捕捉多相流体动力学相界面的能力比传统网格方法具有明显优势。本研究采用MPS方法,使用FORTRAN语言自编程序,对单个氩气气泡在液态铅铋合金内从静止到充分发展整个过程中的瞬态动力学行为进行二维数值模拟,得到气泡变形特性与上升速度的关系。结果表明:在气泡上升过程中,气泡由球形先变成酒窝形状,最后成为球冠形状。数值模拟得到的气泡上升终极速度与Grace预测结果符合较好,随着气泡初始直径的增大气泡上升终极速度增大。 展开更多
关键词 移动粒子半隐式方法(mps) 气泡上升行为 液态金属
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国产DCU加速卡与MPS方法结合高效模拟带障碍物溃坝流动问题
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作者 黄聪祎 赵伟文 万德成 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2024年第2期187-195,共9页
移动粒子半隐式方法(Moving Particle Semi-implicit, MPS)因其拉格朗日特性而具有独特优势,尤其适合用于模拟具有自由表面大变形特征的强非线性问题。然而,邻居粒子搜索和压力泊松方程求解的高计算开销限制了该方法在大规模应用场景中... 移动粒子半隐式方法(Moving Particle Semi-implicit, MPS)因其拉格朗日特性而具有独特优势,尤其适合用于模拟具有自由表面大变形特征的强非线性问题。然而,邻居粒子搜索和压力泊松方程求解的高计算开销限制了该方法在大规模应用场景中的实用性。图形处理器(GPU)因其多核架构,非常适合用于并行模拟处理这种相似且大量的问题。该文将自主开发的基于GPU加速的MPS算法程序移植到基于HIP编程环境的国产自主类GPU平台DCU (Deep Computing Unit,深度计算单元)上运行,开发了MPSDCU-SJTU求解器。利用MPSDCU-SJTU模拟了三维溃坝流动,其模拟结果与已公开发表的实验结果吻合良好。进一步比较了DCU平台加速前后的计算时长,证明MPSDCU-SJTU求解器能显著提升MPS方法的计算效率。 展开更多
关键词 移动粒子半隐式方法(mps) 自由表面流动 深度计算单元(DCU) 异构计算
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Numerical Simulation of Sloshing with Large Deforming Free Surface by MPS-LES Method 被引量:4
6
作者 潘徐杰 张怀新 孙学尧 《China Ocean Engineering》 SCIE EI 2012年第4期653-668,共16页
Moving particle semi-implicit (MPS) method is a fully Lagrangian particle method which can easily solve problems with violent free surface. Although it has demonstrated its advantage in ocean engineering application... Moving particle semi-implicit (MPS) method is a fully Lagrangian particle method which can easily solve problems with violent free surface. Although it has demonstrated its advantage in ocean engineering applications, it still has some defects to be improved. In this paper, MPS method is extended to the large eddy simulation (LES) by coupling with a sub-particle-scale (SPS) turbulence model. The SPS turbulence model turns into the Reynolds stress terms in the filtered momentum equation, and the Smagorinsky model is introduced to describe the Reynolds stress terms. Although MPS method has the advantage in the simulation of the free surface flow, a lot of non-free surface particles are treated as free surface particles in the original MPS model. In this paper, we use a new free surface tracing method and the key point is "neighbor particle". In this new method, the zone around each particle is divided into eight parts, and the particle will be treated as a free surface particle as long as there are no "neighbor particles" in any two parts of the zone. As the number density parameter judging method has a high efficiency for the free surface particles tracing, we combine it with the neighbor detected method. First, we select out the particles which may be mistreated with high probabilities by using the number density parameter judging method. And then we deal with these particles with the neighbor detected method. By doing this, the new mixed free surface tracing method can reduce the mistreatment problem efficiently. The serious pressure fluctuation is an obvious defect in MPS method, and therefore an area-time average technique is used in this paper to remove the pressure fluctuation with a quite good result. With these improvements, the modified MPS-LES method is applied to simulate liquid sloshing problems with large deforming free surface. Results show that the modified MPS-LES method can simulate the large deforming free surface easily. It can not only capture the large impact pressure accur 展开更多
关键词 liquid sloshing large deforming free surface MESHLESS moving particle semi-implicit method mps largeeddy simulation (LES)
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基于大涡模拟的移动粒子半隐式法研究 被引量:5
7
作者 潘徐杰 张怀新 孙学尧 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第3期616-620,共5页
将大涡模拟(LES)和无网格的移动粒子半隐式法(MPS)相结合,以求解湍流中的自由表面问题.对N-S方程进行滤波计算可得到大涡模拟的控制方程,大涡模拟的控制方程相对于以往的移动粒子半隐式法而言仅多出雷诺应力项,通过亚粒子应力(sub-parti... 将大涡模拟(LES)和无网格的移动粒子半隐式法(MPS)相结合,以求解湍流中的自由表面问题.对N-S方程进行滤波计算可得到大涡模拟的控制方程,大涡模拟的控制方程相对于以往的移动粒子半隐式法而言仅多出雷诺应力项,通过亚粒子应力(sub-particle-scale,SPS)模型并引入Smagorinsky涡黏模型将雷诺应力模型化,可实现移动粒子半隐式法的大涡模拟.将MPS-LES应用至具有大变形自由表面的共振晃荡中,其模拟结果同实验及其他数值模拟结果都相当接近. 展开更多
关键词 移动粒子半隐式法 亚粒子应力模型 大涡模拟 无网格
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带运动部件的不可压缩流动MPS法数值模拟 被引量:4
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作者 孙中国 席光 王焕然 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第10期1676-1678,共3页
本文对移动粒子半隐式法(MPS),一种适用于计算粘性不可压缩流动的全拉格朗日无网格法进行了研究.在原有MPS方法的基础上建立了移动边界作用模型.实现了由于流体中运动部件的平动或转动而引起的流场变化。扩展了MPS方法的应用范围.将计... 本文对移动粒子半隐式法(MPS),一种适用于计算粘性不可压缩流动的全拉格朗日无网格法进行了研究.在原有MPS方法的基础上建立了移动边界作用模型.实现了由于流体中运动部件的平动或转动而引起的流场变化。扩展了MPS方法的应用范围.将计算结果与精确解进行了比较,验证了带运动部件的MPS方法的正确性.同时对十字搅拌器进行了数值模拟,很好地描述了对液体的搅拌过程.为这一类流体机械问题的研究提供了新的数值研究方法. 展开更多
关键词 无网格法 mps 移动边界
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MPS-FEM数值分析带自由面的流固耦合问题 被引量:2
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作者 张友林 邹璐 万德成 《计算力学学报》 CSCD 北大核心 2017年第3期330-335,共6页
随着计算科学的发展,研究人员为探索流固耦合问题的物理机理而提出了众多的数值方法。其中,耦合的移动粒子半隐式方法 MPS(Moving Particle Semi-Implicit method)和有限单元法FEM(Finite Element method)为流固耦合问题的数值仿真工作... 随着计算科学的发展,研究人员为探索流固耦合问题的物理机理而提出了众多的数值方法。其中,耦合的移动粒子半隐式方法 MPS(Moving Particle Semi-Implicit method)和有限单元法FEM(Finite Element method)为流固耦合问题的数值仿真工作提供了新的途径。本文所有流场的数值模拟工作均采用课题组自主开发的无网格法求解器MLParticle-SJTU来完成。该求解器在原始的MPS法基础上,对核函数、压力梯度模型、压力泊松方程的求解和自由面判断方式等方面进行了改进。此外,在该求解器框架内,基于FEM法拓展了针对结构场进行求解的功能。首先,对MPS和FEM方法的理论模型及其耦合策略进行了介绍。然后,采用该自研MPS-FEM耦合求解器,数值模拟了溃坝流动对弹性结构的冲击及其相互作用的标准问题。通过将结构变形及自由面波型变化等结果与已发表结果进行对比,验证了该求解器在处理带自由面剧烈变化的粘性流体和柔性变形结构的耦合作用问题上的可行性。 展开更多
关键词 无网格法 mps方法 有限元法 mps-FEM 流固耦合 自由面流动 MLparticle-SJTU求解器
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Numerical Simulation of Sloshing Using the MPS-FSI Method with Large Eddy Simulation 被引量:1
10
作者 YANG Chao ZHANG Huai-xin +1 位作者 SU Hui-lin SHEN Zhong-xiang 《China Ocean Engineering》 SCIE EI CSCD 2018年第3期278-287,共10页
A numerical model has been developed to study sloshing of turbulent flow in a tank with elastic baffles. The Moving-Particle Semi-implicit method(MPS) is a kind of meshless Lagrangian calculation method. The large edd... A numerical model has been developed to study sloshing of turbulent flow in a tank with elastic baffles. The Moving-Particle Semi-implicit method(MPS) is a kind of meshless Lagrangian calculation method. The large eddy simulation(LES) approach is employed to model the turbulence by using the Smagorinsky Sub-Particle Scale(SPS)closure model. This paper uses MPS-FSI method with LES to simulate the interaction between free surface flow and a thin elastic baffle in sloshing. Then, the numerical model is validated, and the numerical solution has good agreement with experimental data for sloshing in a tank with elastic baffles. Furthermore, under external excitations,the MPS is applied to viscous laminar flow and turbulent flow, with both the deformation of elastic baffles and the wave height of the free surface are compared with each other. Besides, the impact pressure with/without baffles and wave height of free surface are investigated and discussed in detail. Finally, preliminary simulations are carried out in the damage problem of elastic baffles, taking the advantage of the MPS-FSI method in computations of the fluid–structure interaction with large deformation. 展开更多
关键词 moving particle semi-implicit method(mps) fluid–structure interaction(FSI) large eddy simulation(LES) MESHLESS SLOSHING
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基于大涡模拟改进的移动粒子半隐式法模拟平底结构的入水冲击及破坏问题(英文) 被引量:2
11
作者 杨超 张怀新 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2019年第9期1070-1085,共16页
移动粒子半隐式方法(MPS)在解决船舶入水冲击和结构大变形等不连续性问题上具有非常明显的优势.大涡模拟(LES)是近十多年来发展起来的研究湍流运动的一种重要手段,本文采用MPS-LES方法模拟平底结构入水冲击的流固耦合问题,并将该数值模... 移动粒子半隐式方法(MPS)在解决船舶入水冲击和结构大变形等不连续性问题上具有非常明显的优势.大涡模拟(LES)是近十多年来发展起来的研究湍流运动的一种重要手段,本文采用MPS-LES方法模拟平底结构入水冲击的流固耦合问题,并将该数值模拟的结果与实验结果做了对比分析.模拟研究了设置不同的肋板结构对平底结构冲击变形的影响.最后,根据该方法的粒子特性,模拟平底结构大变形破坏现象,为下一步模拟更加复杂的船体结构破坏问题做了理论探索. 展开更多
关键词 移动粒子半隐式方法(mps) 流固相互作用(FSI) 大涡模拟(LES) 入水冲击
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移动粒子半隐式法的大涡模拟研究与应用 被引量:2
12
作者 潘徐杰 张怀新 《船舶力学》 EI 北大核心 2011年第7期707-714,共8页
研究了移动粒子半隐式法(MPS),结合Smagorinsky涡粘模型,实现了MPS的大涡模拟。针对MPS中原自由表面判别方法容易造成非自由表面粒子被误判这一缺陷,提出了一种新的基于邻居搜索的混合判别方法,该方法在原方法容易出错的阶段使用邻居搜... 研究了移动粒子半隐式法(MPS),结合Smagorinsky涡粘模型,实现了MPS的大涡模拟。针对MPS中原自由表面判别方法容易造成非自由表面粒子被误判这一缺陷,提出了一种新的基于邻居搜索的混合判别方法,该方法在原方法容易出错的阶段使用邻居搜索,搜索范围和MPS模型中梯度模型一致以减少计算量,使用表明该方法能够较准确地识别自由表面并显著地减少原自由表面判别法导致的误判现象。在压力震荡现象方面,使用了一种时间-面积混合平均法。最后模拟了溃坝模型和半满液箱模型,模拟的结果同实验值基本保持一致。 展开更多
关键词 移动粒子半隐式法(mps) 大涡模拟(LES) 自由表面 无网格
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自密实混凝土J型环试验的数值模拟及敏感性分析 被引量:2
13
作者 李敬军 田雷 邱流潮 《建筑材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期538-544,共7页
基于移动粒子半隐式法离散元法(MPS-DEM)耦合模型对自密实混凝土(SCC)的J型环试验进行了数值模拟.研究了砂浆塑性黏度、屈服强度及密度对SCC的J型环试验模拟结果的影响.结果表明:砂浆密度不会对J型环试验结果产生较大影响;砂浆的塑性黏... 基于移动粒子半隐式法离散元法(MPS-DEM)耦合模型对自密实混凝土(SCC)的J型环试验进行了数值模拟.研究了砂浆塑性黏度、屈服强度及密度对SCC的J型环试验模拟结果的影响.结果表明:砂浆密度不会对J型环试验结果产生较大影响;砂浆的塑性黏度和屈服强度均会对SCC流动时间和流停状态产生影响,且砂浆屈服强度敏感性大于塑性黏度;相同砂浆屈服强度下,随着砂浆塑性黏度的增大,SCC流动时间变长,填充距离减小;相同砂浆塑性黏度下,随着砂浆屈服强度的增大,SCC流动时间变短,填充距离减小;砂浆塑性黏度对于J型环内、外骨料分配的均匀性影响较大,且砂浆塑性黏度越大,骨料分布越均匀. 展开更多
关键词 自密实混凝土 移动粒子半隐式法 离散元法 数值模拟 敏感性分析
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移动粒子半隐式法中核函数适用性研究 被引量:2
14
作者 潘徐杰 张怀新 孙学尧 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2010年第4期70-76,共7页
研究了移动粒子半隐式法(MPS法)中核函数的特性。选取溃坝、晃荡和船舶横剖面横摇分别作为不具有边界速度、具有一维边界速度和具有二维边界速度模拟的代表,研究了MPS法中常见五种核函数在上述三种速度边界条件模拟中的适用性。结果表明... 研究了移动粒子半隐式法(MPS法)中核函数的特性。选取溃坝、晃荡和船舶横剖面横摇分别作为不具有边界速度、具有一维边界速度和具有二维边界速度模拟的代表,研究了MPS法中常见五种核函数在上述三种速度边界条件模拟中的适用性。结果表明,在核函数的作用力范围边界时,要求提供适中的作用力,较大的作用力会导致模拟的失败;提供适中作用力的核函数适合于具有一维边界速度的模拟,而提供较小作用力的核函数适合于具有二维边界速度的模拟。 展开更多
关键词 移动粒子半隐式法 无网格 核函数 溃坝模型 晃荡模型 船舶横摇
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Rayleigh-Taylor不稳定性的MPS数值模拟 被引量:1
15
作者 程会方 段日强 姜胜耀 《核动力工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第S1期123-126,共4页
移动粒子半隐式法(MPS法)是一种适用于不可压缩流体流动计算的无网格粒子法,它采用完全的拉格朗日描述定义流体的运动,将流体离散为可移动的粒子,流体控制微分方程转化为粒子间的相互作用。本文采用MPS法对Rayleigh-Taylor不稳定性进行... 移动粒子半隐式法(MPS法)是一种适用于不可压缩流体流动计算的无网格粒子法,它采用完全的拉格朗日描述定义流体的运动,将流体离散为可移动的粒子,流体控制微分方程转化为粒子间的相互作用。本文采用MPS法对Rayleigh-Taylor不稳定性进行了二维数值模拟。结果表明,在不稳定性发展的前期阶段,当扰动振幅远远小于扰动波长时,流体界面的小扰动具有指数增长形式,与经典的线性理论分析结果一致。非线性发展阶段,所得到的气泡和尖钉的部分特征与实验结果相吻合。 展开更多
关键词 移动粒子半隐式法 RAYLEIGH-TAYLOR不稳定性 数值模拟
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基于改进的移动粒子半隐式法对溃坝流固耦合问题的模拟研究
16
作者 杨超 张怀新 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2020年第10期1233-1242,共10页
MPS法是一种无网格拉格朗日计算方法,该方法用粒子取代网格,在前处理方面较为简便,且计算效率较高。在实际工程中,流体的流动很多都是湍流流动。而大涡模拟是研究湍流的一种主要手段。流固耦合是流体力学与固体力学交叉而生成的一门独... MPS法是一种无网格拉格朗日计算方法,该方法用粒子取代网格,在前处理方面较为简便,且计算效率较高。在实际工程中,流体的流动很多都是湍流流动。而大涡模拟是研究湍流的一种主要手段。流固耦合是流体力学与固体力学交叉而生成的一门独立的力学分支,是目前很多领域研究的热点和难点。本文将大涡模拟(LES)与移动粒子半隐式法(MPS)相结合,求解湍流状态下的流固耦合问题。采用二维溃坝模型进行流固耦合数值模拟计算并将模拟结果与试验结果进行了对比分析,证明了MPS-LES方法可以很好地应用于溃坝流固耦合问题的模拟研究。 展开更多
关键词 移动粒子半隐式法 流固耦合 大涡模拟 无网格法
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