三维液滴斜向撞击模拟：移动粒子半隐式法研究

"液滴斜向撞击液面的移动粒子半隐式法数值模拟 (2010年)" 本文是工程技术领域的学术论文，作者是梁杨杨、孙中国和席光，发表于2010年9月的《西安交通大学学报》。研究主要探讨了液滴在三维空间内斜向撞击液面时的动态行为，采用了移动粒子半隐式法（Moving Particle Semi-Implicit, MPS）进行数值模拟，以解决自由液面在大变形情况下的计算难题。 移动粒子半隐式法是一种计算流体动力学(CFD)的方法，尤其适用于处理自由表面流动问题。在本研究中，MPS方法被用来模拟液滴撞击液面的过程，成功地捕捉到了液滴变形、冲击产生的凹坑以及液柱凸起这三个关键现象的演变过程。通过对不同撞击角度的分析，研究发现液柱凸起高度、与水平面的夹角以及其运动前沿会受到撞击角度的显著影响。 结果显示，液柱凸起在水平方向上的运动速度基本保持均匀，体现了液体制动和形变的特性。液柱与水平面之间的夹角会随着撞击角度的减小而减小，这表明液滴的动能更多地转化为垂直方向的位能。当液柱达到最高点后，由于重力和黏性的作用，这个夹角会迅速减小，液柱开始向下塌落，这一现象揭示了液体内部能量转换和流动阻力的作用。 此外，论文还深入研究了液滴撞击角度对液柱运动前沿的影响，这有助于理解液滴撞击引发的复杂流动模式，对工程应用如喷雾冷却、液滴破碎、液滴操控等领域具有指导意义。通过数值模拟，研究人员能够更准确地预测和控制这些过程，从而优化相关技术的设计和性能。 关键词：移动粒子半隐式法；斜向撞击；数值模拟；自由表面变形；液滴动力学 本文的研究不仅展示了MPS方法在解决复杂流体动力学问题中的有效性，也为理解和预测液滴撞击现象提供了理论依据。对于从事流体机械、航空航天、化工和环境工程等领域的研究人员，这类数值模拟方法和实验结果都具有很高的参考价值。