Ghost Fluid方法在可压缩多介质流动中的应用

在对可压多介质流动进行数值模拟时,界面两边流体状态方程不同会给计算带来很大麻烦,该文采用Ghost Fluid方法(GFM)成功地解决了这一问题。利用间断有限元Galerkin方法和Level Set方法,对2种不同比热比介质激波管问题进行了模拟,其数值结果和精确解非常吻合;对气体/水激波管、空气/氦气泡相互作用、空气/R22相互作用等问题进行了模拟,其结果与相关文献的结果一致,表明利用该方法进行可压缩多介质流动数值模拟是可行的。

Ghost Fluid方法在运动边界射流问题数值模拟中的应用

把解决多物质流问题的Ghost Fluid方法应用到具有运动边界的单物质流的数值模拟中去,结合求解界面追踪问题的Level-Set方法,提出了有效求解运动边界问题的虚拟流体算法,用数值模拟重现了"声学整流"效应现象,并用等压装配法解决了发生在流体和活塞界面上的"Overheating"效应.数值实验表明:水平管道的长度和活塞振动频率是射流形成的关键因素,数值实验中如果频率和长度设置合理,则理想气体在做简谐振动的活塞驱动下,可以产生稳定的射流.

用改进的ghost fluid方法模拟强激波与界面的相互作用

为了解决原来的ghost fluid方法在计算强激波和界面相互作用时界面附近出现的速度和压力振荡问题,对原来的ghost fluid方法进行了改进,通过在界面处构造Riemann问题并求出界面的压力和速度,ghost fluid流体的压力和速度分别用界面的压力和速度代替,ghost流体的密度通过熵常数外推得到。改进的ghost fluid保持了原来的ghost fluid的简单性,对一维强激波与气-气、气-液界面的相互作用问题以及射流问题进行了数值计算,得到了分辨率较高的计算结果。

利用Ghost Fluid方法模拟激波与柱形界面相互作用

利用GhostFluid方法(后面简称Ghost方法)和γ model方法,在同样的时空离散精度条件下,对激波与柱形界面相互作用的二维可压缩流场进行了直接模拟,并与实验结果相比较.从模拟结果看,在短时间内,Ghost方法和γ model方法模拟的结果与实验结果基本相同,两种方法均正确地模拟出界面的位置、激波的强度和速度.但随着时间的发展,具有较大数值耗散的γ model方法的计算结果与实验差别越来越大;而数值耗散较小的Ghost方法能较为正确地模拟界面的运动.

界面捕捉Level Set方法的(AMR)数值模拟

在流体力学方程的计算中采用高精度WENO格式,用AMR(adaptive mesh refinement)方法提高流场局部分辨率,在采用Level Set函数标定物质界面的计算中用GFM(ghost fluid method)方法进行界面处理,尝试将AMR技术与界面追踪技术相互融合并应用于数值模拟,对不同的模拟结果进行了比较.

二维多介质可压缩流的RKDG有限元方法

应用RKDG(Runge-Kutta Discontinuous Galerkin)有限元方法、Level Set方法和Ghost Fluid方法数值模拟二维多介质可压缩流,其中Euler方程组、Level Set方程和重新初始化方程的空间离散采用DG(DiscontinuousGalerkin)有限元方法,时间离散采用Runge-Kutta方法.对二维的气-气和气-液两相流进行了数值计算,得到了分辨率较高的计算结果.

RKDG有限元方法计算流体与刚体耦合

用Levelset方法配合Runge-Kutta discontinuous Galerkin(RKDG)有限元方法求解流体与刚体耦合问题。用RKDG有限元方法求解欧拉方程,通过求解Level set方程对界面进行追踪,并用推广的Ghost fluid方法对流刚界面进行处理。数值实验表明,该方法具有较高的分辨率。由于该方法不需要对移动网格进行处理,因此可以处理任意形状的拓扑问题,并且很容易推广到三维。

ALE框架下虚拟流体方法模拟移动边界的一维可压缩多介质流动问题

在ALE框架下采用Ghost Fluid方法处理移动边界的一维可压缩多介质流动问题。在边界处网格跟随边界移动从而可以追踪物质边界,内部网格不断调整从而改善整体网格质量。使用ALE框架下Level Set方程追踪物质界面。利用虚拟流体把多介质问题转化为多个单介质问题,避免物质界面附近非物理振荡。

大密度比和大压力比可压缩流的数值计算

将WENO方法、RKDG方法、RKDG方法结合原来的Ghost Fluid方法以及RKDG方法结合改进的Ghost Fluid方法,应用到大密度比和大压力比的单相流以及气-气、气-液两相流的数值计算,并对计算结果进行了比较分析.结果表明,与其它的方法相比,RKDG方法结合改进的Ghost Fluid方法得到了高分辨率的计算结果,可以捕捉到正确的激波位置,随着网格的加密,计算解收敛到物理解.

考虑壁面接触效应的微流动数值模拟(英文)

使用level set和volume of fluid(VOF)方法对考虑壁面接触效应的不可压缩两相微流动进行数值模拟.对于level set方法,计算基于MAC网格,使用二阶投影算法求解二维Navier-Stokes(N-S)方程和level set函数方程;对于VOF方法,通过引入计算网格内的体积分数,将流场的参数转化为体积平均值,界面的形状由体积分数连续方程的解决定.给出一些计算实例,并和现有的实验结果进行比较.

管道内激光诱导空化泡动力学研究

论述了一种新型的微泵原理,该微泵将激光聚焦于管道内液体介质产生空化泡,利用空化泡生长和溃灭过程中产生的流体推进速度和推进力驱动流体运动。采用Volume Of Fluid方法模拟了管道内空化泡的动力学特性,计算了不同管径对管道内空化泡动力学特性的影响。研究结果表明:管道内空化泡在生长和溃灭过程中所产生的流速可以高速推动流体运动,随着管道的管径越小,管道内空化泡的第一次脉动周期越长,空化泡越稳定;同时,管道内空化泡生长和溃灭过程中附近流体的流速也随着管径减小而呈现增大的趋势。

水波涟漪的虚拟现实技术仿真

自然水波涟漪实时、逼真的仿真一直是计算机图形学中的难点,该文系统的提出了基于流体力学的水波涟漪的虚拟现实技术的仿真方法。首先建立无力影响下波源加入的水波模型,通过分析水波的扩散、衰减、衍射规律研究阻尼存在的现实状态下水波的波形变化和传输范围,对水波涟漪进行逼真的模拟;然后建立在外力干扰条件下,水波的模型,包含水波受阻干扰后波形幅度的变化及传播区域的大小,结合拉格朗日法与欧拉法,运用OpenGL平台,对多个波源叠加干涉后的融合运动进行仿真;最后利用基于特殊几何实例的算法进行渲染,动态生成视点替用特效技术和混色处理技术,实现真实感渲染绘制的三维图形实时绘制,从而实现水波涟漪的虚拟现实技术仿真。

三维非牛顿熔体前沿界面的Level Set/Ghost/SIMPLEC模拟

建立了三维粘性不可压非牛顿流体流动的控制方程,采用Level Set/Ghost/SIMPLEC方法模拟了注塑成型充模阶段的三维流动过程;追踪到了不同时刻的熔体前沿界面,预测并分析了流动过程中不同时刻的压力、速度等重要的流动特征参数,并与牛顿流体相应的流动特征参数做了对比。研究结果表明:Level Set/Ghost/SIMPLEC方法可以准确追踪非牛顿熔体前沿界面;幂律熔体在流动过程中的压差明显大于牛顿熔体的压差,沿横截面的速度分布也有明显的差别。

浮力作用下上升气泡的变形和驻涡形成机理研究

采用直接模拟方法,研究气泡在浮力作用下的变形机理及气泡尾部驻涡形成机理。用二阶时空精度的变密度投影方法解Navier-Stokes方程,用VOF(volume of fluid)方法捕捉界面。获得了气泡平衡时的上升速度,并探讨气泡内部环流和气泡尾部驻涡间的关系。

耦合Level Set方法处理介质界面研究

研究了耦合Level Set(LS)方法处理介质界面算法,通过对比旋转流场和剪切流场下的界面捕捉情况,给出了各种不同方法在处理介质界面过程中的优缺点,分析了产生这种现象的原因。通过对比分析得到,耦合粒子Level Set(Particle Level Set,PLS)方法以及耦合Level Set和VOF(Coupled Level Set and Volume of Fluid,CLSVOF)方法相比于单纯的LS方法,在流体守恒性质方面有很大的提高,PLS方法可以根据撒播粒子和精确追踪示踪粒子修正LS界面;而CLSVOF方法可以通过重构界面和体积输运,重新初始化LS函数。在实际物理应用中,PLS方法多次重新撒播示踪粒子会降低界面精度,且对每个示踪粒子的追踪需要加大CPU内存,而CLSVOF方法更加高效和合理。

在直角坐标系用NGFM模拟复杂计算域水下高压气泡膨胀问题

采用NGFM(New version of Ghost Fluid Method)处理复杂计算域的固壁边界,用RGFM(Real Ghost Fluid Method)求解气-水界面附近网格节点的状态参数,从而在直角坐标系下对复杂计算域的水下高压气泡膨胀问题进行数值模拟。流场控制方程选用Euler方程,用五阶WENO格式离散空间导数项,二阶Runge-Kutta法离散时间导数项;气-水界面追踪使用Level Set方法,对Level Set方程,用五阶HJ-WENO(Hamilton-Jacobi WENO)和三阶Runge-Kutta法求解。将计算结果与任意坐标系下的结果进行对比,验证了NGFM在笛卡尔网格中处理复杂形状固壁边界的可行性。得到了水下流场压力等值线图、高压气泡的演变过程以及特定点处的压力-时间曲线。计算结果表明,高压气泡在固壁反射激波的作用下,膨胀过程受到抑制;强激波在固壁的反射会导致固壁附近出现大范围的空化流动。