Полунеявный метод движущихся частиц - Moving particle semi-implicit method

В полунеявная движущаяся частица (MPS) метод это вычислительный метод моделирования несжимаемый свободные поверхностные потоки. Это макроскопический детерминированный метод частиц (лагранжиан бессеточный метод ), разработанный Кошизукой и Окой (1996).

Метод

Метод MPS используется для решения уравнений Навье-Стокса в лагранжевой структуре. Применяется метод дробного шага, который состоит из разделения каждого временного шага на два шага прогнозирования и коррекции. Жидкость представлена ​​частицами, и движение каждой частицы рассчитывается на основе взаимодействий с соседними частицами с помощью функции ядра. [1][2][3]. Метод MPS аналогичен SPH (гидродинамика сглаженных частиц ) (Gingold and Monaghan, 1977; Lucy, 1977) в том, что оба метода обеспечивают приближение к сильной форме уравнения в частных производных (PDE) на основе интегральных интерполянтов. Однако в методе MPS применяется упрощенный дифференциальный оператор модели исключительно на основе местных взвешенное усреднение процесс без принятия градиент функции ядра. Кроме того, процесс решения метода MPS отличается от процесса решения исходного метода SPH, поскольку решения для PDE получаются посредством полунявного процесса предсказания-коррекции, а не полностью явного в исходном методе SPH.

Приложения

В последние годы метод MPS применялся в широком спектре инженерных приложений, включая ядерную инженерию (например, Кошизука и др., 1999 г.; Кошизука и Ока, 2001; Се и др., 2005 г. ), Береговая инженерия (например, Гото и др., 2005 г.; Гото и Сакаи, 2006 г. ), Экологическая гидравлика (например, Шакибаина и Джин, 2009 г.; Набиан и Фархади, 2016 г. ), Океанотехника (Сибата и Кошизука, 2007 г.; Sueyoshi et al., 2008 г. ), Строительное проектирование (например, Чикадзава и др., 2001 ), Машиностроение (например, Heo et al., 2002; Sun et al., 2009 ), Биоинженерии (например, Цубота и др., 2006 г. ) и химической инженерии (например, Sun et al., 2009 ).

Улучшения

Были предложены улучшенные версии метода MPS для повышения численной устойчивости (например, Кошизука и др., 1998 г.; Чжан и др., 2005 г.; Атаие-Аштиани и Фархади, 2006 г.;Шакибаина и Джин, 2009 г.; Джандагян и Шакибаейния, 2020 ), сохранение импульса (например, гамильтониан MPS по Судзуки и др., 2007 г.; Исправлено MPS Хайер и Гото, 2008 г.; Улучшенный MPS от Джандагян и Шакибаейния, 2020 ), сохранение механической энергии (например, гамильтониан MPS по Судзуки и др., 2007 г. ), расчет давления (например, Хайер и Гото, 2009 г., Кондо и Кошизука, 2010 г., Хайер и Гото, 2010 г. ), а также для моделирования многофазных и зернистых течений (Набиан и Фархади 2016 ).

Рекомендации

  • К.С. Ким, M.H. Ким и Дж. К. Парк, "Разработка метода MPS (моделирование движущихся частиц) для расплывания нескольких жидких слоев", Journal of Mathematical Problems in Engineering, Vol 2014, Дои:10.1155/2014/350165
  • Б. Атайе-Аштиани и Л. Фархади, "Полунеявный метод устойчивых движущихся частиц для потоков со свободной поверхностью", Исследование динамики жидкости 38, 241–256, 2006.
  • Ю. Чикадзава, С. Кошизука, Ю. Ока, "Метод частиц для упругих и вязкопластических структур и взаимодействия жидкости и структуры", Ж. вычисл. Мех. 27. С. 97–106, 2001.
  • Р.А. Гинголд и Дж. Дж. Монаган, "Гидродинамика сглаженных частиц: теория и приложение к несферическим звездам", Пн. Нет. R. Astron. Soc., Том 181, стр. 375–89, 1977.
  • Х. Гото и Т. Сакаи, "Ключевые вопросы метода частиц для расчета обрушения волн", Coastal Engineering, том 53, № 2–3, стр. 171–179, 2006.
  • Х. Гото, Х. Икари, Т. Мемита и Т. Сакаи, "Метод лагранжевых частиц для моделирования выхода волн на вертикальную дамбу", Coast. Англ. J., Том 47, № 2–3, стр. 157–181, 2005.
  • С. Хео, С. Кошизука и Ю. Ока, "Численный анализ кипения при высоком тепловом потоке и сильном переохлаждении с использованием MPS-MAFL", Международный журнал тепломассообмена, том 45, стр. 2633–2642, 2002 г. .
  • А. Хайер и Х. Гото, "Разработка метода CMPS для точного отслеживания поверхности воды при обрушении волн", Coast. Англ. J., Том 50, № 2, стр. 179–207, 2008.
  • А. Хайер и Х. Гото, "Полунеявные методы с модифицированными движущимися частицами для прогнозирования давления двумерных волн при ударе", Coastal Engineering, том 56, стр. 419–440, 2009.
  • А. Хайер и Х. Гото, «Лапласовская модель более высокого порядка для улучшения и стабилизации расчета давления с помощью метода MPS», Applied Ocean Research, 2010 (в печати).
  • М. Кондо и С. Кошизука, "Повышение устойчивости в полунеявном методе движущихся частиц", Int. J. Numer. Meth. Жидкость, 2010 (в печати).
  • С. Кошизука и Ю. Ока, "Полунеявный метод движущихся частиц для фрагментации несжимаемой жидкости", Nuclear Science and Engineering, Vol 123, pp. 421–434, 1996.
  • S. Koshizuka, S. и Y. Oka, "Применение полуявного метода движущихся частиц к безопасности ядерных реакторов", Comput. Fluid Dyn. J., Том 9, стр. 366–375, 2001.
  • С. Кошизука, Х. Икеда и Ю. Ока, "Численный анализ механизмов фрагментации при паровых взрывах", Nuclear Engineering and Design, Vol 189, pp. 423–433, 1999.
  • С. Кошизука, А. Нобе и Ю. Ока, "Численный анализ разрушающихся волн с использованием полуинявного метода движущихся частиц", Int. J. Numer. Meth. Жидкость, том 26, стр. 751–769, 1998.
  • ФУНТ. Люси, "Численный подход к проверке гипотезы деления", Astron. J., Vol 82, pp. 1013–1024, 1977.
  • М.А. Набиан и Л. Фархади, "Метод многофазных бессеточных частиц для моделирования потоков сыпучих материалов и переноса отложений", Гидротехнический журнал, 2016.
  • К. Шибата и С. Кошизука, «Численный анализ воздействия судовой воды на палубу с использованием метода частиц», Ocean Engineering, том 34, стр. 585–593, 2007.
  • А. Шакибаеиниа, Ю.С. Джин «Модель частиц без сетки для моделирования прорыва плотины с подвижным дном». Достижения в области водных ресурсов, 34 (6): 794–807. Дои:10.1016 / j.advwatres.2011.04.011.
  • А. Шакибаеиниа, Ю.С. Джин "Слабо сжимаемый метод MPS для моделирования течения со свободной поверхностью на открытой границе". Int. J. Numer. Methods Fluids, 63 (10): 1208–1232 (опубликовано в Интернете: 7 августа 2009 г.) Дои:10.1002 / fld.2132 ).
  • А. Шакибаеиниа, Ю.С. Джин «Лагранжево моделирование потока через водосбросы с использованием полунявного метода движущихся частиц». Proc. 33-й Конгресс МАПЧ, Ванкувер, Канада, 2009 г., 1809–1816 гг.
  • А. Шакибаеиниа, Ю.С. Джин "Метод частиц без сетки для многофазных потоков". Компьютерные методы в прикладной механике и технике. 229–232: 13–26. 2012 г.
  • А. Шакибаеиниа, Ю.С. Джин "Метод частиц без сетки на основе MPS для потока в открытом канале". Журнал гидротехники ASCE. 137 (11): 1375–1384. 2011 г.
  • М. Джандагян и А. Шакибаеиниа "Усовершенствованный метод слабосжимаемой MPS для течений со свободной поверхностью", Компьютерные методы в прикладной механике и технике, т. 360, стр. 112771, 2020/03/01/2020, DOI: https://doi.org/10.1016/j.cma.2019.112771.
  • M. Sueyoshi, M. Kashiwagi и S. Naito, "Численное моделирование вызванных волнами нелинейных движений двумерного плавающего тела полунявным методом движущихся частиц", Journal of Marine Science and Technology, Vol 13, pp. 85–94, 2008.
  • З. Сан, Г. Си и Х. Чен, "Численное исследование перемешивания жидкостей методом частиц", Химическая инженерия, том 64, стр. 341–350, 2009.
  • Z. Sun, G. Xi и X. Chen, "Исследование механизма деформации и массопереноса при столкновении парных капель методом частиц", Phys. Жидкости, Том 21, 032106, 2009.
  • К. Цубота, С. Вада, Х. Камада, Ю. Китагава, Р. Лима и Т. Ямагути, «Метод частиц для моделирования кровотока - применение к движущимся эритроцитам и тромбоцитам», Journal of the Earth Simulator, Том 5, стр. 2–7, 2006.
  • Х. Се, С. Кошизука и Ю. Ока, «Моделирование процесса осаждения капель в кольцевом потоке тумана с использованием метода трехмерных частиц», Nuclear Engineering and Design, Vol 235, pp. 1687–1697, 2005.
  • С. Чжан, К. Морита, К. Фукуда и Н. Ширакава, "Усовершенствованный метод MPS для численного моделирования задач конвективного теплообмена", Междунар. J. Numer. Meth. Жидкость, 51, 31–47, 2005.
Специфический
  1. ^ Набиан, Мохаммад Амин; Фархади, Лейла (2017). «Метод многофазных бессеточных частиц для моделирования потоков сыпучих материалов и переноса отложений». Журнал гидротехники. 143 (4): 04016102. Дои:10.1061 / (восхождение) hy.1943-7900.0001275.
  2. ^ Набиан, Мохаммад Амин; Фархади, Лейла (2014-08-03). «Численное моделирование уединенной волны с использованием полностью лагранжевого метода полунеявных движущихся частиц». Том 1D, Симпозиумы: Явления переноса при перемешивании; Турбулентные течения; Механика городских жидкостей; Гидродинамическое поведение сложных частиц; Анализ элементарных процессов в дисперсных многофазных потоках; Многофазный поток с тепломассообменом в технологических процессах; Гидромеханика авиационных и ракетных выбросов и их воздействия на окружающую среду; Высокопроизводительные вычисления CFD; Производительность систем с многофазным потоком; Ветряная энергия; Количественная оценка неопределенности при измерениях и моделировании расхода. стр. V01DT30A006. Дои:10.1115 / FEDSM2014-22237. ISBN  978-0-7918-4624-7.
  3. ^ Набиан, Мохаммад Амин; Фархади, Лейла (14 ноября 2014 г.). «Полунеявный метод устойчивых движущихся частиц для моделирования волн, генерируемых подводными оползнями». Том 7: Системы и технологии инженерии жидкостей. стр. V007T09A019. Дои:10.1115 / IMECE2014-40419. ISBN  978-0-7918-4954-5.

внешняя ссылка