摘要：MPS方法,即移动粒子半隐式方法,是一种适合于模拟剧烈带自由面大变形流体运动的无网格类数值方法,被广泛应用于剧烈液舱晃荡问题的研究中.但由于MPS方法发展时间较短,目前已有研究仍以单相流方法为主,忽略了空气部分对液舱晃荡的影响.当液舱运动足够剧烈时,晃荡过程中常伴随气液界面的翻卷和破碎,并进一步引起大量空气卷入,这时空气对晃荡会有较大影响,不应被忽略.并且,空气存在会对水体与结构物的砰击过程产生一定缓冲作用,进而影响砰击压力.因此,本研究对MPS方法进行扩展,通过引起一系列相界面处理方法以及新的压力泊松方程和压力梯度模型,自主开发了一套多相流MPS求解器,并利用该求解器对激励频率等于液舱一阶共振频率情况下的气液两相液舱晃荡进行了模拟.与单相流模拟结果进行对比后发现,现有多相流求解器成功地模拟了晃荡过程中空气的运动和卷入过程,并且多相流方法模拟的壁面砰击压力峰值与单相流结果相比明显减小,验证了空气对砰击过程的缓冲效应.本文还进一步分析了晃荡过程中的空气运动过程,结果表明晃荡波行进过程中会引起空气在液相自由面上方较大范围内的剧烈涡旋运动,同时,液相的溅射过程也会造成空气的剧烈运动.
