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SPH黏性流体绕流的光滑粒子流体动力学数值计算分析(7)

时间:2022-09-19 23:02来源:毕业论文
以动量方程为例: 根据连续介质力学中的第二定律,我们可以根据动量定理导出运动方程。牛 顿第二定律指出,作用在拉格朗日流体单元上的力=质量加

以动量方程为例: 根据连续介质力学中的第二定律,我们可以根据动量定理导出运动方程。牛

顿第二定律指出,作用在拉格朗日流体单元上的力=质量×加速度。

流体微团上 x 方向的位移矢量 x, y, z,而其在三个方向上的加速度分为

dvy  , dvz  。作用在流体微团上的力可以分为两种,分别是体力和面力。其中

体力可以分为磁力、重力和其他一些作用于流体微团体内的力。而面力则可以分 为以下两部分:

(1)作用在流体微团表面上的力;

(2)导致切=剪切变形的剪切力和体积变形的正应力。 作用在流体上的力沿 X 轴方向的分量为:

式中:p 表示压力;ij 表示沿着 j 轴方向作用在以 i 轴为垂线的平面上的应 力。如果沿着 x 轴方向单位质量上的力为 Fx ,则牛顿第二定律公式 可写成:

由式 2-2 可以得到在 x 方向上的动量方程:

类似 x 方向的动量方程推导方式,我们可以得到在 y 方向和 z 方向的动量方 程:

其中ij    ij ,即在牛顿流体中,应力与应变率成正比,比例系数 为动

力粘度系数。应变率表达式为: v j

质量守恒方程可以根据质量守恒定律推导而来,结果如下:

质量守恒方程:

考虑到速度散度公式表达式v  1

d V  ,因此质量守恒方程改写成以下

应用能量守恒定律得到能量守恒方程:

2。2 SPH 的基本方程

构建 SPH 基本方程的过程分为两步:第一步是将核函数近似,即积分表示 法;第二部是粒子近似[10]。

2。2。1 函数的积分表示法文献综述

在 SPH 方法中,函数 f 的积分表示的概念是由式 2-9 决定的:

f x f xx xdx。 (2-9)



其中:f 为三维坐标向量 x 的函数;x x

是狄拉克函数,性质如下:

在公式 2-9 中, 为包含 x 在内的积分体积,这个公式表示函数用积分形 式表示是事实可行的。因为式中包含的狄拉克函数,如果在 中 f 是连续

的且是已经定义号的,那么式 2-9 所用的积分表示形式就是严密的或者是精确 的。

如果用光滑函数W x x, h代替式 2-9 中的x x核函数,那么式 2-9 又

可以改写为:

f x f xW x x, hdx。 (2-11)

但是,在 SPH 的一般用法中,核近似算子通常用角括号 标记,因此式 2-4

可改写成 SPH 的习惯表达形式:

应当注意的是,在式 2-12 中使用了等于号,而非原来的约等于号。因此,

式 2-12 可以称作为核函数近似的标准表达形式。 对于式中的光滑函数,一般将其设定为偶函数,除此之外,还应该满足以下 SPH黏性流体绕流的光滑粒子流体动力学数值计算分析(7):http://www.youerw.com/wuli/lunwen_99647.html

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