自由表面流动数值模拟方法探讨.pdfVIP

辑第 卷第 期 水 动 力 学 研 究 与 进 展 ， ， ! # $ %’ ( ! )*+ ( # ,* ( $ $-- 年 月 ./0 1,!2 /3 4561/65 ,! 7 89% ， # .:; $-- !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 文章编号： （ ） =?= $-- -$-$ #-@ 自由表面流动数值模拟方法的探讨 陈大宏， 李 炜 （武汉大学水利电力学院，湖北武汉=A--?$ ） 摘 要： 本文建立和开发了一个用于求解具有自由表面的二维不可压缩粘性流体流动的 ,BCD’%E*FG 方程组的数值模型。这个模型采用!2H 方法描述流体的运动，基本方程组中的流速 和压力利用 I’* KED*; $ 方法来解耦，空间离散采用有限单元法，而时间离散则采用 GLDDL +DKDE J M 方法。自由表面位置则通过求解相应的偏微分方程来确定，而计算过程中网格的调整则采用了新 的方法。算例结果令人满意，表明方法可行。 关 键 词： 自由表面流动；数值模拟； 方法；有限单元法 I’* KED*; $ J 中图分类号： 文献标识码： /AN? ( ! 引言 可动边界流动问题中一种典型但又难以模拟的流动现象是具有自由表面的流体流动，同 时这种流动在自然界中也很常见。因此，自由表面流动的数值模拟是许多研究者一直感兴趣 的课题。 ［］ 自从 4B’+*O P Q+KR 首次建立考虑流体粘性的模拟自由表面流动问题的数值模型算 法以来，各国的学者们围绕如何更好地确定自由表面的位置、如何更好和更准确地考虑自由表 面上的边界条件以及计算方法和技术的改进等问题上。 ［］ 在确定自由表面位置上， 首次引入了所谓的 。 4B’+*O P Q+KR LB’F’ MB’EDK+ LER*S 作计算时，通过跟踪在流体中设置的许多标志 （ ）来指示流体的流动范围，然后 LB’F’ MB’EDK+ ［— ］ 在这个基础上定出自由表面位置 A 。依据这一原理，为了能够较为准确地计算自由表面位 置，标志的设置除了必须接近均匀分配之外每个网格内标志的密度也不能太小。 为了改善 LB’F’ MB’EDK+ LER*S 的性能，特别是克服 LB’F’ MB’EDK+ LER*S 需要使用大 ［］ 量的内存来标志流体的缺点， = 于 年提出了 方法 （ 4D’E P ,DKR*+G @ ) /3 C*+:L*T