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三维高黏非牛顿流体自由表面流动的光滑粒子流体动力学方法研究
1
作者
徐杨
孙鹏楠
+1 位作者
黄晓婷
张翔
《力学学报》
北大核心
2025年第10期2332-2347,共16页
工业应用中广泛存在高黏性非牛顿流体自由表面流动问题,其复杂的流变特性与自由表面演化给数值模拟带来了重大挑战.光滑粒子流体动力学(smoothedparticlehydrodynamics,SPH)方法作为典型的无网格计算方法,在处理自由表面流动方面展现出...
工业应用中广泛存在高黏性非牛顿流体自由表面流动问题,其复杂的流变特性与自由表面演化给数值模拟带来了重大挑战.光滑粒子流体动力学(smoothedparticlehydrodynamics,SPH)方法作为典型的无网格计算方法,在处理自由表面流动方面展现出独特优势.然而,SPH中物理黏性项的数值精度易受离散格式和粒子分布的影响,在高黏性流动场景下误差尤为显著.同时高黏性引发的严格时间步长约束还导致计算效率急速下降.针对上述问题,本文基于非牛顿Cross模型表征流体黏性行为,结合一种稳健的粒子位移修正技术及自由面修正方法以提高粒子分布均匀性,并分别基于两种典型黏性形式(MGF和MEA)构建了显式黏性和隐式黏性SPH数值模型.其中,显式黏性SPH模型适用于处理中低黏度非牛顿流体自由表面流动,隐式黏性SPH模型则针对高黏性流动场景设计,可在严格时间步长约束下显著提升计算效率与稳定性.通过液滴撞击、射流冲击及射流屈曲等典型高剪切流动算例进行了系统验证.结果表明,MGF黏性在显式与隐式黏性SPH模型中均能保持良好的稳定性和物理一致性,适用于高黏高剪切流动的高保真模拟.高黏条件下隐式求解策略显著提升了计算效率,为复杂工况下高效、稳定、物理保真的非牛顿流动模拟提供了有效数值途径.
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关键词
高黏自由表面流动
非牛顿流体
光滑粒子流体动力学方法
隐式
黏
性
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职称材料
题名
三维高黏非牛顿流体自由表面流动的光滑粒子流体动力学方法研究
1
作者
徐杨
孙鹏楠
黄晓婷
张翔
机构
中山大学海洋工程与技术学院
出处
《力学学报》
北大核心
2025年第10期2332-2347,共16页
基金
广东省杰出青年科学基金(2024B1515020107)资助.
文摘
工业应用中广泛存在高黏性非牛顿流体自由表面流动问题,其复杂的流变特性与自由表面演化给数值模拟带来了重大挑战.光滑粒子流体动力学(smoothedparticlehydrodynamics,SPH)方法作为典型的无网格计算方法,在处理自由表面流动方面展现出独特优势.然而,SPH中物理黏性项的数值精度易受离散格式和粒子分布的影响,在高黏性流动场景下误差尤为显著.同时高黏性引发的严格时间步长约束还导致计算效率急速下降.针对上述问题,本文基于非牛顿Cross模型表征流体黏性行为,结合一种稳健的粒子位移修正技术及自由面修正方法以提高粒子分布均匀性,并分别基于两种典型黏性形式(MGF和MEA)构建了显式黏性和隐式黏性SPH数值模型.其中,显式黏性SPH模型适用于处理中低黏度非牛顿流体自由表面流动,隐式黏性SPH模型则针对高黏性流动场景设计,可在严格时间步长约束下显著提升计算效率与稳定性.通过液滴撞击、射流冲击及射流屈曲等典型高剪切流动算例进行了系统验证.结果表明,MGF黏性在显式与隐式黏性SPH模型中均能保持良好的稳定性和物理一致性,适用于高黏高剪切流动的高保真模拟.高黏条件下隐式求解策略显著提升了计算效率,为复杂工况下高效、稳定、物理保真的非牛顿流动模拟提供了有效数值途径.
关键词
高黏自由表面流动
非牛顿流体
光滑粒子流体动力学方法
隐式
黏
性
Keywords
high-viscosity free-surface flow
non-Newtonian fluid
smoothed particle hydrodynamics
implicit viscosity
分类号
O352 [理学—流体力学]
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题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
三维高黏非牛顿流体自由表面流动的光滑粒子流体动力学方法研究
徐杨
孙鹏楠
黄晓婷
张翔
《力学学报》
北大核心
2025
0
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