A multiphase SPH model based on Roe’s approximate Riemann solver for hydraulic flows with complex interface
A multiphase SPH model based on Roe’s approximate Riemann solver for hydraulic flows with complex interface
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基于Roe近似黎曼求解器的复杂界面水力流多相SPH模型
DOI：
10.1016/j.cma.2020.112999
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发表时间：
2020-06
影响因子：
7.2
通讯作者：
P.N. Sun
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Z.F. Meng;P.P. Wang;A.M. Zhang;F.R. Ming;P.N. Sun
摘要提出了一种基于Roe近似Riemann解的多相SPH模型来模拟水力学中的复杂界面流动。在这个多相模型中，一维Riemann问题的解被引入到SPH控制方程中，以确定颗粒之间的相互作用。Riemann问题用Roe近似Riemann解算器求解，但可能引入过多的数值耗散。为了减少这些耗散，应用耗散限制器。导出了耗散限制器中耗散项与雷诺数之间的等效关系，以模拟不同雷诺数的粘性流动。对于高密度比（高达1000）的流动，可以获得稳定和平滑的界面压力。对于轻流体，可以考虑真实的可压缩性，并允许较大的时间步长，从而降低了计算成本。为了进一步提高仿真效率，引入了一种优化的自适应链表搜索算法。使用这种优化的算法，粒子相互作用列表可以每十几个时间步更新一次，而不是在每个时间步更新一次，这有助于显着降低总计算成本。七个数值试验，以验证这一多相模型。
Abstract A multiphase SPH model based on Roe’s approximate Riemann solver is proposed to simulate complex interfacial flows in hydraulics. In this multiphase model, the solution to a one-dimensional Riemann problem is introduced into the SPH governing equations to determine the interaction between particles. The Riemann problem is solved by Roe’s approximate Riemann solver which may introduce excessive numerical dissipations. To reduce these dissipations, a dissipation limiter is applied. An equivalent relation between the dissipation term in the dissipation limiter and the Reynolds number is derived to model viscous flows of different Reynolds numbers. For flows of high density ratios (up to 1000), stable and smooth interfacial pressure can be obtained. The realistic compressibility can be considered for the light fluid and a larger time step can be allowed, leading to a decrease of the computational cost. To further make the simulation more efficient, an optimized adaptive linked-list search algorithm is introduced. Using this optimized algorithm, the particle interaction list can be updated every dozen of time steps instead of at each time step, which contributes to a significant reduction of the total computational cost. Seven numerical tests are presented to validate this multiphase model.
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