U型管内液柱自由振荡的MPS法数值模拟.docVIP

  U 型管内液柱自由振荡的 MPS 法数值模拟# 梁杨杨，孙中国，席光** （西安交通大学能源与动力工程学院，西安 710049） 5 10 15 20 25 30 35 40 摘要：采用移动粒子半隐式(MPS)法在二维情况下对 U 型管内的液柱自由振荡现象进行了数 值模拟，捕捉了液柱衰减振荡直至达到平稳的全部过程，并着重分析了管内液体密度、粘性 对液柱衰减振荡的振幅、周期的影响。结果表明，在本文选取的密度和粘性范围内，密度的 变化对衰减振荡的振幅和周期没有明显的影响，粘性增大时，液柱振荡振幅值减小，振荡周 期的平均值减小，在某一粘性条件下，随着振荡时间的增加，其振幅衰减逐渐减慢，振荡周 期逐渐减小。 关键词：流体机械；移动粒子半隐式法；U 型管；液柱振荡；数值模拟 中图分类号：O351.2 Numerical Simulation of the Free Oscillation of Liquid Column in U-tube with MPS Method LIANG Yangyang, SUN Zhongguo, XI Guang (School of Energy and Power Engineering,Xian Jiaotong University, Xian 710049) Abstract: The moving particle semi-implicit (MPS) method is used to simulate the free oscillation process of liquid column in U-tube in two-dimensional. The oscillation process is well reproduced and the influence of liquid properties as the density and viscosity on the oscillation characteristics as the amplitude and period is investigated. The results show that amplitude and the average period of the oscillation process decrease when the liquid viscosity increases, and that the liquid density has minor influence on the damping process. In a specific viscosity case, the attenuation of amplitude slows down gradually, and the period decreases with the elapse of the time. Key words: Fluid Machinery; Moving Particle Semi-Implicit Method; U-tube; Oscillation of Liuid Column; Numerical Simulation 0 引言 在流体力学领域，计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）发挥着越来越 重要的作用，其通过计算机数值模拟来解决工程和科学领域上的问题已经成为一个重要的学 科分支。现有的算法基本上可以分为两类，传统的数值方法如有限差分法、有限元法及有限 体积法等都是在对求解区域划分网格后进行数值求解，已经广泛的应用于计算流体动力学和 计算固体力学的各个方面。但是对于某些特殊问题诸如自由表面，可变形边界，极大变形等， 使用网格方法可能会产生严重的网格扭曲现象，不仅会损害计算精度，而且大大增加计算成 本，甚至导致计算根本无法收敛，此外对于复杂问题，网格的生成本身就是一个极其繁琐的 过程。无网格法作为新一代数值模拟方法，完全省去了传统方法的网格生成和关联计算，摆 脱了网格依赖性，其离散粒子模型对于处理各种大的几何变形以及各种非定常过程展现了无 可比拟的优势，填补了动态断裂、塑性流动、流固耦合等涉及大变形情况下数值模拟的空白。 移动粒子半隐式方法（Moving Particle Semi-implicit , MPS）[1]作为无网格法的一种，适用于 不可压缩流体，用一系列移动粒子来离散连续流体介质，采用Lagrange方法描述流体运动， 基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金（20090201110059）；国家自然科学基金 作者简介：梁杨杨（1986-），女，博士生，主要研究方向：计算流体动力学 通信