界面不穩(wěn)定性的數(shù)值模擬.pdf

1、在流體力學(xué)和工程計(jì)算中有這樣一類問題,求解區(qū)域中物理量有大的間斷或求解區(qū)域有活動(dòng)的邊界,包括激波、自由面、物質(zhì)界面,這類問題我們稱之為界面問題.這類問題自數(shù)值計(jì)算產(chǎn)生以來就引起了廣大計(jì)算數(shù)學(xué)和計(jì)算力學(xué)工作者極大的興趣和關(guān)注.對(duì)于這類問題的求解方法,也已經(jīng)有許許多多,如格子類方法(PIC、MAC),VOF方法,Level Set方法,Front-Tracking方法等等.這些方法對(duì)于具體問題有著各自的優(yōu)勢(shì),并且對(duì)于各種方法細(xì)節(jié)上的處理也只

2、能是具體問題具體解決.該文主要介紹了兩種重要的界面問題的數(shù)值模擬方法:Lagrange界面追蹤算法(Front-Tracking)和Euler界面捕捉方法(Front-Capturing).前者能夠準(zhǔn)確的跟蹤交界面的演化,間斷處理無數(shù)值耗散,但難于處理界面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化(如界面融合和破碎),且拓展到高維情況時(shí)非常復(fù)雜.后者計(jì)算簡(jiǎn)單,格式統(tǒng)一,易于處理界面拓?fù)涓淖?但不能精確定位多介質(zhì)交界面,不適合于對(duì)界面位置要求很高的數(shù)值模擬.該文主要

3、研究了兩流體交界面的高精度數(shù)值模擬方法,重點(diǎn)發(fā)展了VOF方法和Level Set方法在可壓縮流動(dòng)和不可壓縮流動(dòng)界面問題中的應(yīng)用,如Rayleigh Taylor不穩(wěn)定性、Richtmyer Meshkov不穩(wěn)定性和表面張力誘導(dǎo)的液滴動(dòng)力等.該文也對(duì)基于統(tǒng)計(jì)物理的Lattice Boltzmann方法做了一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹,與傳統(tǒng)的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)求解宏觀方程不同,LBM模擬流體的微觀模型方程,所以它很容易結(jié)合微觀的物理本質(zhì).對(duì)于多相流模擬中的