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商品簡介
名人/編輯推薦
序
目次
商品簡介
本書系統地研究了新一代無網格方法——光滑粒子流體動力學（SPH）方法在應用及擴展過程中的相關關鍵技術，實現了SPH方法的兩相耦合應用和三維應用，在此基礎上對潰壩阻擋、球體上浮、流體波浪運動、管道氣力輸送等過程進行了數值仿真和分析，擴展了SPH方法的工程應用領域，為SPH方法真正輔助試驗創造了條件，這對提高SPH方法的工程應用能力具有十分重要的意義。
本書可供使用光滑粒子流體動力學（SPH）方法進行計算機數值仿真計算的科研技術人員參考。
本書可供使用光滑粒子流體動力學（SPH）方法進行計算機數值仿真計算的科研技術人員參考。
名人/編輯推薦
本書系統地研究了新一代無網格方法——光滑粒子流體動力學（SPH）方法在應用及擴展過程中的相關關鍵技術，實現了 SPH 方法的兩相耦合應用和三維應用，這對提高 SPH 方法的工程應用能力具有十分重要的意義。
序
數值仿真能為理論提供測試和檢驗，有助於對復雜的物理問題加深認識，甚至還能幫助解釋和發現新現象，近年來逐漸成為解決現代工程和科學問題的一條重要途徑。無網格方法作為數值仿真方法的一種，因其在許多應用中都優於傳統的基於網格的有限元法、有限差分法以及有限體積法等數值方法而備受關注。而光滑粒子動力學方法就是無網格方法的一種，所以研究光滑粒子動力學方法具有重要的理論和應用價值。
本書比較系統地介紹了光滑粒子流體動力學方法，它是在筆者多年來從事光滑粒子動力學研究與應用的基礎上編寫而成的。本書介紹了SPH原理及計算實施方法，以SPH數值方法為基礎，深入講解了SPH方法在兩相耦合流動、三維仿真中以及管道氣力輸送系統中的應用，重點介紹了其中的關鍵技術，給出了實現方法，並用數值算例和實驗進行了驗證，實驗結果證明了本書提出的SPH兩相耦合方法、三維仿真方法以及潰壩阻擋、球體上浮、流體波浪運動、管道氣力輸送等實現方法的可行性、有效性，擴展了SPH方法的工程應用領域，具有重要的理論和應用價值。
筆者在研究光滑粒子動力學及編寫本書的過程中，得到了新加坡國立大學、美國辛辛那提大學、北京大學、湖南大學、哈爾濱工程大學的多位老師的支持和幫助，也得到了山東省農機裝備研發創新計劃項目（2018YF016）、山東省重點研發計劃（2019GNC106032）、山東省高校科研計劃項目（J13LB62）、山東大學博士後等項目的支持與資助，在此表示感謝！
由於光滑粒子動力學方法發展迅速，技術和工程應用不斷更新，同時筆者水平有限，加上時間倉促、精力有限，書中的疏漏之處在所難免，懇請廣大讀者和同行不吝指正。
著者
本書比較系統地介紹了光滑粒子流體動力學方法，它是在筆者多年來從事光滑粒子動力學研究與應用的基礎上編寫而成的。本書介紹了SPH原理及計算實施方法，以SPH數值方法為基礎，深入講解了SPH方法在兩相耦合流動、三維仿真中以及管道氣力輸送系統中的應用，重點介紹了其中的關鍵技術，給出了實現方法，並用數值算例和實驗進行了驗證，實驗結果證明了本書提出的SPH兩相耦合方法、三維仿真方法以及潰壩阻擋、球體上浮、流體波浪運動、管道氣力輸送等實現方法的可行性、有效性，擴展了SPH方法的工程應用領域，具有重要的理論和應用價值。
筆者在研究光滑粒子動力學及編寫本書的過程中，得到了新加坡國立大學、美國辛辛那提大學、北京大學、湖南大學、哈爾濱工程大學的多位老師的支持和幫助，也得到了山東省農機裝備研發創新計劃項目（2018YF016）、山東省重點研發計劃（2019GNC106032）、山東省高校科研計劃項目（J13LB62）、山東大學博士後等項目的支持與資助，在此表示感謝！
由於光滑粒子動力學方法發展迅速，技術和工程應用不斷更新，同時筆者水平有限，加上時間倉促、精力有限，書中的疏漏之處在所難免，懇請廣大讀者和同行不吝指正。
著者
目次
第1章數值仿真與管道氣力輸送介紹 1
1.1數值仿真2
1.1.1數值仿真的作用2
1.1.2數值仿真一般求解過程3
1.2基於網格的方法4
1.2.1拉格朗日網格5
1.2.2歐拉網格5
1.2.3基於網格的數值方法的局限性6
1.3無網格方法7
1.4光滑粒子動力學方法11
1.5管道氣力輸送問題14
本書主要研究內容16
第2章SPH方法在流體動力學問題中的應用 18
2.1光滑粒子動力學原理19
2.2光滑粒子動力學基本方程20
2.2.1函數的積分表達20
2.2.2函數的粒子表達21
2.2.3光滑函數22
2.3拉格朗日型的Navier-Stokes方程25
2.4Navier-Stokes方程的SPH表達式26
2.5SPH的計算實施方法27
2.5.1粒子的密度近似27
2.5.2核函數28
2.5.3狀態方程29
2.5.4人工黏度31
2.5.5邊界處理31
2.5.6時間積分34
2.6SPH程序結構35
2.7數值算例36
2.7.1衝擊管問題36
2.7.2腔內剪切流動問題37
本章小結41
第3章SPH方法的兩相耦合流動研究 43
3.1SPH兩相耦合流動技術44
3.2密度正則化46
3.3狀態方程修正47
3.4速度修正48
3.5氣泡上浮兩相耦合流動數值仿真48
3.6潰壩數值仿真56
本章小結60
第4章SPH方法的三維數值仿真研究 62
4.1粒子的初始位置配置63
4.1.1初始位置粒子配置原則63
4.1.2不同結構模型的配置方法64
4.2SPH方法的最近相鄰粒子搜索研究66
4.2.1最近相鄰粒子搜索法66
4.2.2粒子對的相互作用70
4.3光滑長度的優化和松弛更新73
4.3.1可變光滑長度技術73
4.3.2光滑長度的更新74
4.3.3優化和松弛過程75
4.4三維潰壩數值算例76
4.4.1SPH參數設置76
4.4.2數值結果分析77
本章小結81
第5章基於CFD的流體計算機仿真 82
5.1潰壩案例仿真實驗84
5.1.1概述84
5.1.2從三維立體研究潰壩模擬84
5.1.3從二維剖面研究水壩水流仿真89
5.2球體上浮仿真實驗94
5.2.1概述94
5.2.2球體上浮仿真和計算94
5.3流體波浪模擬實驗99
5.3.1概述99
5.3.2流體無漂浮物波浪模擬實驗100
5.3.3流體有漂浮物波浪模擬實驗106
本章小結111
第6章管道氣力輸送過程的SPH數值仿真 113
6.1管道氣力輸送概述114
6.2氣力輸送系統115
6.2.1系統組成115
6.2.2氣力輸送管內流型116
6.2.3主要設計參數118
6.2.4輸送模型122
6.3氣力輸送一般規律123
6.3.1固氣速度比研究123
6.3.2固氣速度比規律127
6.3.3速度擬合128
6.4SPH物理黏度計算131
6.4.1物理黏度的迭代求和法131
6.4.2物理黏度和人工黏度的區別135
6.5SPH人工熱量136
6.6SPH管道輸送方法的邊界處理137
6.7管道氣力輸送二維仿真及實驗驗證138
6.7.1SPH方程及相關參數設置138
6.7.2計算結果及分析139
6.8管道氣力輸送的三維SPH數值仿真143
6.8.1粒子初始配置143
6.8.2SPH三維氣力輸送數值仿真的參數配置143
6.8.3三維SPH數值仿真結果144
6.9SPH管道氣力輸送系統設計147
6.9.1用戶界面設置147
6.9.2VC++與Fortran混合編程實現方法148
6.9.3系統運行實例149
本章小結151
附錄SPH程序的描述 153
參考文獻 156
1.1數值仿真2
1.1.1數值仿真的作用2
1.1.2數值仿真一般求解過程3
1.2基於網格的方法4
1.2.1拉格朗日網格5
1.2.2歐拉網格5
1.2.3基於網格的數值方法的局限性6
1.3無網格方法7
1.4光滑粒子動力學方法11
1.5管道氣力輸送問題14
本書主要研究內容16
第2章SPH方法在流體動力學問題中的應用 18
2.1光滑粒子動力學原理19
2.2光滑粒子動力學基本方程20
2.2.1函數的積分表達20
2.2.2函數的粒子表達21
2.2.3光滑函數22
2.3拉格朗日型的Navier-Stokes方程25
2.4Navier-Stokes方程的SPH表達式26
2.5SPH的計算實施方法27
2.5.1粒子的密度近似27
2.5.2核函數28
2.5.3狀態方程29
2.5.4人工黏度31
2.5.5邊界處理31
2.5.6時間積分34
2.6SPH程序結構35
2.7數值算例36
2.7.1衝擊管問題36
2.7.2腔內剪切流動問題37
本章小結41
第3章SPH方法的兩相耦合流動研究 43
3.1SPH兩相耦合流動技術44
3.2密度正則化46
3.3狀態方程修正47
3.4速度修正48
3.5氣泡上浮兩相耦合流動數值仿真48
3.6潰壩數值仿真56
本章小結60
第4章SPH方法的三維數值仿真研究 62
4.1粒子的初始位置配置63
4.1.1初始位置粒子配置原則63
4.1.2不同結構模型的配置方法64
4.2SPH方法的最近相鄰粒子搜索研究66
4.2.1最近相鄰粒子搜索法66
4.2.2粒子對的相互作用70
4.3光滑長度的優化和松弛更新73
4.3.1可變光滑長度技術73
4.3.2光滑長度的更新74
4.3.3優化和松弛過程75
4.4三維潰壩數值算例76
4.4.1SPH參數設置76
4.4.2數值結果分析77
本章小結81
第5章基於CFD的流體計算機仿真 82
5.1潰壩案例仿真實驗84
5.1.1概述84
5.1.2從三維立體研究潰壩模擬84
5.1.3從二維剖面研究水壩水流仿真89
5.2球體上浮仿真實驗94
5.2.1概述94
5.2.2球體上浮仿真和計算94
5.3流體波浪模擬實驗99
5.3.1概述99
5.3.2流體無漂浮物波浪模擬實驗100
5.3.3流體有漂浮物波浪模擬實驗106
本章小結111
第6章管道氣力輸送過程的SPH數值仿真 113
6.1管道氣力輸送概述114
6.2氣力輸送系統115
6.2.1系統組成115
6.2.2氣力輸送管內流型116
6.2.3主要設計參數118
6.2.4輸送模型122
6.3氣力輸送一般規律123
6.3.1固氣速度比研究123
6.3.2固氣速度比規律127
6.3.3速度擬合128
6.4SPH物理黏度計算131
6.4.1物理黏度的迭代求和法131
6.4.2物理黏度和人工黏度的區別135
6.5SPH人工熱量136
6.6SPH管道輸送方法的邊界處理137
6.7管道氣力輸送二維仿真及實驗驗證138
6.7.1SPH方程及相關參數設置138
6.7.2計算結果及分析139
6.8管道氣力輸送的三維SPH數值仿真143
6.8.1粒子初始配置143
6.8.2SPH三維氣力輸送數值仿真的參數配置143
6.8.3三維SPH數值仿真結果144
6.9SPH管道氣力輸送系統設計147
6.9.1用戶界面設置147
6.9.2VC++與Fortran混合編程實現方法148
6.9.3系統運行實例149
本章小結151
附錄SPH程序的描述 153
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