基于Marruccian模型的粘彈流并行模擬平臺開發(fā)與驗證.pdf

1、隨著高性能計算技術和計算流體力學的發(fā)展，數(shù)值模擬已經(jīng)成為粘彈流領域與實驗同等重要的研究方法，并廣泛應用于物理、化學、生命科學、材料以及生物醫(yī)藥等領域。然而，開發(fā)面向粘彈流領域的大規(guī)模并行應用程序仍存在困難，一方面，粘彈流本構理論尚不準確，無法完整描述粘彈流的所有特性，并行計算專家無法獨立完成準確的應用模擬；另一方面，由于缺乏合適的并行應用框架，粘彈流領域?qū)＜覠o法在復雜的并行計算系統(tǒng)上開發(fā)高效的并行應用程序。因此，深入探究粘彈流高分子本構

2、模型的特性，開發(fā)適合領域?qū)＜沂褂玫恼硰椓鞑⑿心M平臺，關乎國家的科技實力，具有重要戰(zhàn)略意義。本文針對基于分子管道理論的Marruccian模型，在OpenFOAM開源軟件上進行擴展，開發(fā)了面向粘彈流領域的并行模擬平臺M-RHEO。本文的主要工作與創(chuàng)新點包括：
　　在介紹相關背景和理論基礎后，本文首先概述了粘彈流模擬的基本流程，著重對流體控制方程和Marruccian本構方程進行分析，借助Matlab模擬得到了純剪切條件下本構曲線，

3、深入認識了Marruccian模型。并通過粘彈流模擬的需求進行歸納總結，對計算平臺提出了具有良好的交互配置方式、多樣的數(shù)值離散方法、穩(wěn)定的數(shù)值求解以及針對粘彈流的數(shù)據(jù)采集與分析四項要求。
　　其次，針對所提出的需求，本文基于OpenFOAM開源流體模擬軟件，對其進行擴展，開發(fā)了基于Marruccian模型的粘彈流并行模擬平臺。分析了OpenFOAM的組織框架和數(shù)據(jù)結構基礎，并制定了擴展功能與OpenFOAM的接口層次，構建了M-R

4、HEO整系統(tǒng)的層次圖；進一步著重對有限元計算方法、邊界修正、特征數(shù)據(jù)提取以及Marruccian模型求解器四個部分的設計和實現(xiàn)進行了詳細的闡述。
　　最后，本文選取了粘彈流領域的兩個經(jīng)典BenchMark問題收縮流與繞圓柱流，對M-RHEO平臺進行測試，包括網(wǎng)格構建、模型求解、數(shù)據(jù)提取等。在收縮流的測試中，本文模擬得到了非對稱的流場振蕩現(xiàn)象，并分析了Weissenberg數(shù)增加對流場的影響；在繞圓柱流模擬中得到了卡門渦街的模擬結果