SPH方法模拟推板造波：无网格技术在流体动力学的应用

"推板造波的光滑粒子流体动力学数值模拟——郑兴，张天宇，段文洋——哈尔滨工程大学船舶工程学院" 本文主要探讨了利用光滑粒子流体动力学（SPH）方法对推板造波进行数值模拟的研究。SPH方法是一种无网格的Lagrangian粒子方法，特别适用于处理自由表面流动和大变形问题。在摘要中，作者简要介绍了SPH方法的基本原理，并详细阐述了其控制方程的求解过程，包括涉及的人工可压缩性、人工粘性、边界条件和时间步进方法。 接着，文章应用SPH方法模拟了推板造波的过程，生成了包括线性和非线性波在内的各种波形，其中非线性波可能伴有翻转和破碎现象。通过与全非线性边界元方法（BEM）和Volume of Fluid (VOF) 方法的比较，结果显示SPH方法在造波问题的模拟中具有广泛的应用前景和高精度。 造波问题在船舶工程和海洋工程中至关重要，因为它为模拟船舶与海洋结构物在波浪环境中的相互作用提供了基础。早期的造波研究主要基于势流理论的边界元方法，如Longuet-Higgins和Cokelet的工作。然而，这类方法无法模拟粘性和自由表面的复杂动态，如翻转和破碎。随着计算能力的提升，直接求解Navier-Stokes (N-S) 方程或雷诺平均N-S方程的方法（如VOF和LevelSet方法）被广泛应用，尽管它们在处理复杂的自由表面问题上仍有局限。 无网格方法，特别是SPH，由于其在处理大变形问题时的优势，逐渐受到关注。它无需网格，因此避免了网格畸变的问题，而且能够更好地描述自由表面的动态行为。尽管无网格方法仍需进一步发展和完善，但其在模拟像推板造波这样具有挑战性的流动问题上已经展现出巨大的潜力。 这篇首发论文深入探讨了SPH方法在推板造波数值模拟中的应用，展示了其在处理自由表面流动和复杂现象上的优越性，同时也指出了未来研究的方向，即如何进一步提高无网格方法的性能，以应对更复杂的流体力学问题。