传统光滑粒子动力学方法的适用性分析

摘要：

光滑粒子动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)是一种典型的无网格拉格朗日型数值方法,但它存在计算精度相对较低的缺陷.为调查精度问题的物理本质,将SPH粒子类比于实体物理颗粒,分析了SPH粒子的弹性效应,并提出了一个表征黏弹效应比的无量纲数.通过二维Couette流模拟,考察了该无量纲数对粒子速度剖面与排布方式的影响.研究结果表明,系统的有效黏度随该无量纲数的增大而减小,且粒子数的增加只能显著降低较小无量纲数下的有效黏度.名义黏性耗散、总耗散以及理论耗散之间的差异,进一步验证了弹性效应所导致的非物理耗散.总之,由于马赫数与该无量纲数的限制,SPH模拟存在一个临界雷诺数,只有低于这个临界数,才能基于合适的模型参数实现牛顿流体的精确模拟.

关键词：光滑粒子动力学、流体力学、精度、Couette流、粒子方法

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资助基金：国家自然科学基金21206167;中国科学院战略性先导科技专项XDA07080203

在线出版日期：2014-03-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：1414-1421