修正压力与表面张力计算的两相流自由界面运动模拟

摘要

在利用光滑粒子流体幼力学(SPH)方法进行多相流的模拟中,多相流在交界面处由于密度不连续、粒子界面的压力计算出现误差,出现界面处压力振荡,界面破碎的问题。针对上述问题,提出了新的压力梯度近似公式和改进的界面处人工斥力公式,使交界面更加清晰、光滑、无穿透、模拟效果更好。此外,通过给出基于密度权重的色函数计算公式,对大密度比多相流界面处的表面张力计算公式进行了改进,使得多相流交界面密度过渡更加光滑,模拟效果更好。最后,通过溃坝、Rayleigh-Taylor界面不稳定性,非Boussinesq锁定交换问题3个仿真实验,得到了不同时刻界面粒子分布图、界面锋面距离等。结果验证了新的压力梯度近似公式以及界面处人工斥力公式的合理性;通过空气中液滴形成仿真实验,得到了圆形液滴形成的粒子变化图,结果验证了该改进的表面张力计算方法的有效性。