Афанасьев К.Е.   Макарчук Р.С.  

Применение метода SPH к задачам нелинейного взаимодействия жидкости с твердыми телами

Докладчик: Афанасьев К.Е.

Работа посвящена численному моделированию процессов нелинейного взаимодействия жидкости с погруженными в нее телами различной формы и плотности. Все задачи решаются в полной двумерной постановке.
Излагаются математические и вычислительные алгоритмы движения твердого тела в жидкости. Представлены результаты вычислительных экспериментов, в которых рассматриваются процессы всплытия плоских круговых цилиндров в бассейне, наполненном жидкостью постоянной плотности; процессы входа и погружения плоского цилиндра в бассейн с жидкостью. Рассматриваются цилиндры с круглой и квадратной формой основания. В экспериментах участвуют цилиндры, имеющие массовую плотность, равную половине или три четверти от плотности жидкости. Приведено сравнение картин течения в различные моменты времени и при разном количестве частиц.
Для каждой рассматриваемой задачи приводятся графики зависимостей от времени положения центра масс цилиндра, скорости центра масс и гидродинамические силы, действующие на цилиндр. Полученные в ходе моделирования физических процессов результаты позволяют сделать заключение о высокой точности результатов.
Рассматриваются также задачи о входе и погружении круговых цилиндров различной массы (плотности) в жидкость. Исследуются процессы волнообразования, определяются гидродинамические силы, действующие на цилиндры со стороны жидкости, и нагрузки на твердые стенки бассейна. Использование модели несжимаемой жидкости для определения пиковых нагрузок на затупленное тело в момент его удара о поверхность жидкости не позволяет получить достоверные результаты, ввиду бесконечной скорости распространения малых возмущений, однако, дальнейший процесс погружения описывается весьма хорошо. Своих максимальных значений нагрузки на цилиндры достигают в моменты максимального их погружения в жидкость, минимальных значений – при максимальном подъеме тела (выходе из жидкости).