SPH方法和MPS方法模拟溃坝问题的比较分析.pdf

DOI ：10.3969/j.issn1000-4874.2011.06.013 SPH 方法和 MPS 方法模拟 溃坝问题的比较分析* 张驰, 张雨新, 万德成 （上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院 海洋工程国家重点实验室, 上海 200240, Email: zhangchi0309@sjtu.edu.cn ） 摘 要：SPH （Smoothed Particle Hydrodynamics）方法和MPS （Moving Particle Semi-Implicit ）方法是两种常用的无 网格粒子法，在处理自由面大变形问题方面有较大的灵活性，然而这两种方法在数值格式、计算效率和收敛性等方面有 许多不同之处。本文以二维溃坝问题为例对 SPH 方法和 MPS 方法进行了比较分析，结果表明：SPH 方法易于给出更为 清晰、光滑的自由面形状，而 MPS 方法给出的粒子分布较为凌乱；在收敛性上，随着初始粒子间距的减小，SPH 和 MPS 均趋于收敛，但 MPS 方法收敛得更快些；对于时间步长，在满足 CFL 条件且计算稳定的情况下，对结果影响不是很大； 在计算效率上，SPH 方法具有较高的效率，适合求解大型复杂流动问题，而 MPS 方法计算量较大。通过对 SPH 方法和 MPS 方法的比较分析，为具体问题计算选用不同的无网格粒子方法提供了选择依据。 关键词：无网格粒子法；SPH 方法；MPS 方法；自由面；溃坝 中图分类号：O35 文献标识码：A Comparative study of SPH and MPS methods for numerical simulations of dam breaking problems ZHANG Chi, ZHANG Yu-xin, WAN De-cheng (State Key laboratory of Ocean Engineering, School of Naval Architecture, Ocean and Civil Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China) Abstract: SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) and MPS(Moving Particle Semi-Implicit) are two commonly used Lagrangian particle methods. They have excellent flexibility in dealing with large-deformed free surface flows. But there are some differences between SPH and MPS on numerical scheme, computational efficiency, and speed of convergence. A 2-D dam breaking problem is chosen to be simulated by the SPH and MPS to investigate these two methods in this paper, the numerical * 收稿日期: 2011-06-02(2011-08-16 修改稿) 基金项目: 国家自然科学基金项目和上海高校东方学者特聘教授岗位计划项目(2008007) 资助 作者简介: 张驰(1985 －), 男, 河南省淮阳县人, 硕士研究生. 张驰，等：SPH 方法和 MPS 方法模拟溃坝问题的比较分析 737