移动粒子半隐式法模拟自由面流动中的表面张力

"本文主要探讨了基于移动粒子半隐式法(MPS)的表面张力模拟技术在自由面流动中的应用。研究者利用MPS方法模拟了受表面张力作用的自由面流动，并采用了一种适合MPS的表面自由能模型来计算表面张力。通过对比方形液滴振荡和射流断裂的模拟结果与理论分析和实验数据，证明了这种方法的有效性和准确性。此外，他们还进行了三维射流注水的模拟，进一步验证了MPS方法结合表面张力模型在模拟复杂自由面流动中的能力。文章由国家自然科学基金等多个项目资助，由浙江大学的相关研究人员完成。" 在文章中，作者首先介绍了移动粒子半隐式法(MPS)，这是一种无网格的拉格朗日粒子方法，用于模拟流体流动。MPS方法的独特之处在于它使用离散粒子来表示流体，每个粒子都携带位置、速度和压力等信息，特别适用于处理自由面变形和破碎的情况。在涉及自由面流动的问题中，表面张力的作用至关重要。 为了模拟表面张力，研究者采用了两种不同的方法：一种是常见的CSF模型，常在欧拉方法中使用；另一种是通过粒子间的相互作用来模拟表面张力。然而，在MPS方法中，由于自由面位置与粒子影响域的不一致性，准确预测表面张力的效果成为一个挑战。 在实验部分，作者模拟了方形液滴的振动，这一过程涉及到复杂的表面张力效应。结果与理论分析和实验数据相吻合，表明MPS方法结合所选的表面自由能模型能够准确捕捉到这些效应。此外，他们还模拟了三维射流注水的过程，这是一个更复杂的流动现象，其中表面张力起着决定性作用。通过这个模拟，他们证实了MPS方法在处理此类问题时的效率和便利性。 这篇文章深入探讨了MPS方法在模拟自由面流动中如何考虑和处理表面张力的问题，并通过实际案例展示了这种方法的可行性和精确性。这对于理解和预测涉及自由面流动和表面张力效应的工程问题，如水动力学、流体机械和环境流体力学等领域，具有重要的理论和实践价值。