文摘
为了更好的讨论和理解物理现象和体液交互入水问题,这里机械能运输(楔、流体和对方)自由下落楔入水模型研究了基于自由表面的数值方法捕获方法和笛卡尔切割单元网格。在这种方法中,不可压缩变密度流体欧拉方程数值计算的有限体积方法。然后人工压缩性方法,双重时间步进方法,和罗伊的近似黎曼解算器是应用于数值方案。此外,动量方程和确切的投影方法黎曼解用来计算固体边界上的流体压力。在此基础上,自由落下的楔入水阶段,宏观整体体液系统的能量转换和微观流体领域的能源转型进行了分析和讨论。最后,根据测试用例,许多有用的结论机械能入水问题和交通。
1。介绍
入水的现象是非常普遍的在许多实际项目和重要,所以很明显,研究各种入水模型总是集中在船舶和海洋工程领域。为了更好的讨论和理解物理现象和体液交互在入水阶段,本文主要讨论并研究了机械能运输从两个方面,宏观整体wedge-fluid系统的能量转换和微观流体领域的能量转换,分别。
然而,这是一个艰巨的任务对于入水问题处理自由表面和固体边界同时移动。此外,体液相互作用在水影响应该增加精度计算的难度和复杂性所讨论的Bunnik和毕希纳
在这个数值方法,利用自由表面捕获方法讨论了(
在此基础上,能源运输的理论证明了鸟等。
2。入水模型的数值计算方法
2.1。控制方程和边界条件
这里,自由表面捕获方法应用于治疗水面。二维不可压缩、非定常、非粘性的流体系统与变密度场,固定 质量守恒方程: 在目前的方法中,两种边界条件应该使用和形容 在目前的研究中,笛卡尔切割单元网格应用在空间离散化计算域,这可以通过减少固体生成的背景笛卡尔网格。结果,三种细胞(固体、液体、减少细胞)形成的几何和流体信息可以存储。此外,进一步详细信息网格的生成可以称为杨等人的研究。 基于笛卡尔切割单元网格,这里cell-central有限体积方法应用于数值离散化。其中,罗伊的近似黎曼解算器采用计算流体的数值通量在每个边缘细胞,在流体变量重构通过使用分段线性逆风计划,然后一个最小二乘法所讨论的w·h·王,王y y 自由落下的楔入水模型,一个完全体液速度耦合的方法讨论了其他地方( 首先,新机构的速度可以获得的 所示( 随后,通过计算 为了方便描述机械能方程,( 然后通过流体速度矢量的点积 通过引入势能,( 最重要的使用微小的动能和势能( 接下来基于莱布尼茨公式和高斯法如图所示的鸟et al。 在本节中,两种创建2 d自由落下的楔入水模型和数值模拟来验证本方法通过比较计算结果与实验数据的赵和Faltinsen 第一个测试模型上创建一个正方形域的 在数值计算中,物理时间 此外固体边界附近的局部网格间距相等 在图 因此,本方法可以验证本文研究可用的和可行的自由落下的楔入水阶段。此外,为了使长期分析的能量传输和控制左和右边界的反射,基于测试模型2,计算域扩大的宽度从0.8米到1.65米以下的数值模拟。
在初始时刻,平静的楔形是0.1米自由自由表面,然后开始下降。在整个运动过程中,总机械能(动能和势能)楔不断变化如下: 在图 这里时间累积的能量及其变化的历史比自由落下的楔在图中所示 为了研究流体的宏观能源运输领域,基于( 计算域,边缘和出口边界开放,固体边缘楔正在墙边界,,,右边是固定墙边界。因此,在边界 在这个方程, 基于亥姆霍兹速度分解定理,流体速度可以写成 为了准确、合理的计算 在图 此外,图 在图 此外,需要注意的是,在第三阶段流体能量的变化重复正负振荡,为了明确地讨论和分析流体能量的传递现象的自由落下的楔入水模型,在以下研究计算选择时间范围从0 - 0.4 s,这是流体能量的时间间隔单调增加。
图 此外,变异率和动能,潜在和总能量是画在图 与流体速度增加能源和减少楔能源比较图 在本部分中,为进一步更好的研究流体能量变化和传输,在流体领域一些微观的细节(如速度矢量、压力梯度和分布的瞬态变化为动能和势能)讨论三个经典时刻( 在 在图 图 流体动能和势能的详细信息 最后通过综合分析数据 摘要自由表面捕获方法和笛卡尔切割单元网格进行数值模拟自由落下的楔入水模型。通过计算结果,体液的物理现象和机械能量传输交互系统研究从宏观整体体液系统的能量转换和微观流体领域的能量转换。终于可以做一些有用的结论如下: 此外,在未来研究其他入水问题(如与匀速入水,入水的弹性体)应该研究和分析。
2.2。笛卡尔切割单元网格系统
2.3。数值离散化方案
2.4。互动的流体运动
3所示。流体的机械能交通领域的理论
3.1。机械能的方程
3.2。在流体领域的宏观平衡机械能
4所示。测试用例的结果和讨论
4.1。目前的数值方法的验证
(一)
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4.2。宏观整体Wedge-Fluid系统的能量转换
4.2.1。准备机械能的变化自由落下的楔形
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4.2.2。宏观能源运输整个流体领域
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4.2.3。能量守恒整体体液系统的有效性
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4.3。在流体领域微观能量转换
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5。结论