波浪与抛石潜堤相互作用的MPS法数值模型研究

为了研究波浪与抛石潜堤相互作用过程中大自由表面变形和堤内渗流等强非线性紊流运动问题，利用改进的MPS法，建立了模拟波浪与抛石潜堤相互作用的MPS法数值计算模型。模型将抛石潜堤假定为均质多孔介质，采用Drew的二相流运动方程描述多孔介质内外的流体运动；通过在动量方程中增加非线性阻力项，并引入亚粒子尺度紊流模型，模拟波浪与可渗结构物相互作用过程中的紊流运动。选取“U”型管中多孔介质内渗流过程和孤立波与可渗潜堤相互作用两个典型的渗流问题，通过将数值计算结果与理论解和实测值的对比分析，对所提出的MPS法紊流渗流模型的模拟精度进行验证。结果表明：基于改进的MPS法构建的垂向二维紊流渗流模型可以很好地再现 “U”型管中多孔介质内渗流以及波浪作用下可渗潜堤内外的复杂流场，显著缓解流-固界面处的压力震荡与粒子分布不均匀问题，实现了较高的模拟精度。     

MPS法高精度自由表面识别方法研究

为了提高粒子法即移动粒子半隐式法(MovingParticleSemi-implicitmethod,MPS法)中自由表面粒子的识别精度,降低由粒子误判引起的非物理压力振荡,对MPS法的自由表面识别方法进行了改进。在原始自由表面判别标准的基础上增加辅助判别条件,提出2种新的自由表面判别法即压力判别法和填充率判别法。利用对静水问题和溃坝流问题的模拟计算,对比分析选用不同自由表面判别法得到的数值计算结果,揭示粒子识别精度对压力计算的重要影响。研究结果表明:新提出的压力判别法和填充率判别法可以有效地提高自由表面粒子的识别精度,减轻压力计算中的非物理压力振荡现象,从而提高压力计算的稳定性以及整体数值计算的模拟精度。