SPH方法對氣液兩相流自由界面運動的追蹤模擬

沈雁鳴， 陳堅強

（中國空氣動力研究與發展中心，四川 綿陽621000）

0 引 言

空氣動力學和水動力學是流體力學中兩個重要分支，二者研究對象在可壓縮性、密度、壓力等方面具有巨大差異，因此在以往的研究中聯系并不緊密。但是，隨著時代的發展和技術的進步，二者的交叉領域卻越來越受到關注，其中以氣液兩相流動最為突出。氣液兩相流動是自然界中常見的流動現象，風浪，風雨、水泡、汽水等等是典型的氣液兩相流，這其中涉及到多相介質作用、自由界面運動、粘性力和表面張力作用等問題。這些流體力學問題也是目前流體力學界關注的熱點和難點。深入研究氣液兩相流動的機理，了解多相介質界面運動的數學和物理規律，對解決船舶工程、海洋工程、化學工程、水利工程中的實際問題，具有十分廣泛的現實意義。

由于氣液兩相流動中氣體和液體間相互作用使得氣液界面產生變形，因此進行數值模擬時要求必須能夠準確跟蹤變形界面。目前學術界已經形成了多種基于網格的成熟的計算方法，比較典型的有MAC法、VOF方法、Level－set方法。這些方法均取得了較好的應用效果，但是由于它們都是基于網格劃分的，在處理大變形問題時需要對網格劃分等過程進行復雜操作，不方便實施，難以處理網格扭曲畸變現象，而且在處理多介質問題時還需要進行繁瑣的示標記錄過程。近年來，隨著無網格方法的發展和應用的日趨成熟，國際計算物理學界開始將無網格方法應用到多介質自由界面流動的數值模擬中。……