顆粒介質(zhì)全相態(tài)理論及數(shù)值實(shí)現(xiàn)

目錄
叢書序
前言
第1章緒論
1.1顆粒介質(zhì)問題研究的重要性001
1.2認(rèn)識(shí)顆粒介質(zhì)及其多相態(tài)性003
1.2.1顆粒介質(zhì)003
1.2.2顆粒介質(zhì)的性質(zhì)003
1.2.3顆粒介質(zhì)問題所涉及的領(lǐng)域004
1.2.4顆粒介質(zhì)的相態(tài)表征006
1.3顆粒介質(zhì)的相態(tài)表征理論研究現(xiàn)狀006
1.3.1顆粒介質(zhì)的單一相態(tài)表征理論研究現(xiàn)狀006
1.3.2顆粒介質(zhì)的多相態(tài)表征理論研究現(xiàn)狀009
1.4顆粒介質(zhì)的數(shù)值模擬方法研究現(xiàn)狀011
1.4.1模擬顆粒介質(zhì)的網(wǎng)格法研究現(xiàn)狀011
1.4.2模擬顆粒介質(zhì)的軌道追蹤法研究現(xiàn)狀011
1.4.3模擬顆粒介質(zhì)的物質(zhì)點(diǎn)法研究現(xiàn)狀014
1.4.4模擬顆粒介質(zhì)的光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)方法研究現(xiàn)狀015
1.5顆粒介質(zhì)的全相態(tài)理論與數(shù)值實(shí)現(xiàn)方法介紹017
1.5.1關(guān)于“顆粒介質(zhì)全相態(tài)”017
1.5.2顆粒介質(zhì)全相態(tài)理論簡(jiǎn)介018
1.5.3顆粒介質(zhì)全相態(tài)數(shù)值模擬方法簡(jiǎn)介019
1.6本書內(nèi)容安排021
參考文獻(xiàn)022
第2章濃密顆粒介質(zhì)的彈黏塑性本構(gòu)理論
2.1引言034
2.2顆粒類固態(tài)的理想彈性塑性本構(gòu)理論035
2.3顆粒類液態(tài)的黏性塑性本構(gòu)理論044
2.4濃密顆粒介質(zhì)的彈黏塑性本構(gòu)理論047
2.5考慮內(nèi)聚力的濃密顆粒介質(zhì)的彈黏塑性本構(gòu)理論054
2.6干、濕顆粒堆坍塌過程數(shù)值驗(yàn)證061
2.7小結(jié)065
參考文獻(xiàn)066
第3章顆粒介質(zhì)的全相態(tài)理論
3.1引言068
3.2稀疏顆粒流的動(dòng)理學(xué)理論069
3.2.1顆粒動(dòng)理學(xué)理論069
3.2.2考慮顆粒摩擦作用的顆粒動(dòng)理學(xué)理論075
3.3超稀疏顆粒流的質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)理論077
3.4顆粒介質(zhì)全相態(tài)的彈黏塑動(dòng)理學(xué)質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)耦合理論080
3.4.1顆粒類固態(tài)與顆粒類液態(tài)之間的轉(zhuǎn)化080
3.4.2顆粒類液態(tài)與顆粒類氣態(tài)之間的轉(zhuǎn)化081
3.4.3顆粒類氣態(tài)與顆粒離散慣性態(tài)之間的轉(zhuǎn)化082
3.5干顆粒物料沿壁面快速流動(dòng)沖擊壁面堆積過程數(shù)值驗(yàn)證082
3.6小結(jié)087
參考文獻(xiàn)087
第4章液體中懸浮顆粒介質(zhì)理論
4.1引言089
4.2密實(shí)懸浮液的體積分?jǐn)?shù)主導(dǎo)流變學(xué)理論090
4.2.1密實(shí)懸浮液?jiǎn)蜗嗔骼碚撃Ｐ?90
4.2.2密實(shí)懸浮液液體顆粒兩相流理論模型093
4.3密實(shí)懸浮液的應(yīng)力主導(dǎo)流變學(xué)理論097
4.4考慮顆粒介質(zhì)全相態(tài)的液體顆粒兩相流理論099
4.4.1液體相守恒方程100
4.4.2顆粒相守恒方程101
4.4.3體積分?jǐn)?shù)及物質(zhì)屬性確定方法102
4.4.4相間曳力模型103
4.5液體中顆粒堆坍塌的兩相流數(shù)值模擬驗(yàn)證104
4.6小結(jié)108
參考文獻(xiàn)108
第5章濃密顆粒介質(zhì)模擬的SDPH方法
5.1引言110
5.2傳統(tǒng)SPH理論111
5.2.1核函數(shù)積分插值111
5.2.2粒子近似112
5.2.3連續(xù)介質(zhì)模型的SPH離散方法113
5.2.4SPH方程積分求解115
5.3新型SPH修正算法116
5.3.1完全拉格朗日SPH方法116
5.3.2SPH核函數(shù)及其梯度的修正近似117
5.4光滑離散顆粒流體動(dòng)力學(xué)方法118
5.4.1SDPH方法基本思想118
5.4.2SDPH方法與傳統(tǒng)SPH方法的區(qū)別119
5.5濃密顆粒介質(zhì)彈黏塑性本構(gòu)模型的SDPH離散120
5.5.1濃密顆粒介質(zhì)類固態(tài)的完全拉格朗日形式的SDPH離散120
5.5.2濃密顆粒介質(zhì)類液態(tài)的歐拉形式的SDPH離散120
5.5.3濃密顆粒介質(zhì)類固態(tài)和類液態(tài)之間的粒子核轉(zhuǎn)變121
5.6考慮內(nèi)聚力濃密顆粒介質(zhì)的人工應(yīng)力方法123
5.7二維/三維單側(cè)顆粒堆坍塌過程數(shù)值驗(yàn)證124
5.8傾斜壁面上顆粒堆坍塌過程數(shù)值驗(yàn)證130
5.9滾筒顆粒流問題數(shù)值驗(yàn)證135
5.9.1滾筒內(nèi)無內(nèi)聚力的干顆粒材料運(yùn)動(dòng)過程數(shù)值模擬135
5.9.2滾筒內(nèi)黏結(jié)性顆粒周期性坍塌過程數(shù)值模擬138
5.10小結(jié)142
參考文獻(xiàn)143
第6章稀疏顆粒流模擬的SDPH方法
6.1引言145
6.2稀疏顆粒流模擬的SDPH方法145
6.3氣體顆粒兩相流模擬的SDPHFVM耦合方法147
6.3.1氣體相求解的FVM方法147
6.3.2SDPHFVM耦合框架148
6.3.3SDPHFVM耦合算法流程149
6.4考慮顆粒蒸發(fā)、燃燒過程的SDPHFVM耦合方法151
6.5考慮顆粒碰撞聚合、破碎過程的SDPHFVM耦合方法153
6.6算例驗(yàn)證155
6.6.1燃料空氣炸藥爆炸拋撒成霧過程數(shù)值模擬155
6.6.2云霧團(tuán)燃燒爆炸過程數(shù)值模擬161
6.7小結(jié)163
參考文獻(xiàn)163
第7章超稀疏顆粒流模擬的離散單元法
7.1引言165
7.2離散單元法簡(jiǎn)介165
7.2.1離散單元法的起源166
7.2.2離散單元法的發(fā)展歷史166
7.2.3離散單元法求解問題的基本思想及定義167
7.3離散單元法基本原理167
7.3.1離散化模型167
7.3.2運(yùn)動(dòng)描述168
7.3.3運(yùn)動(dòng)方程求解169
7.3.4接觸發(fā)現(xiàn)算法170
7.3.5時(shí)間步長(zhǎng)確定173
7.3.6算法流程173
7.4離散單元法的主要接觸模型174
7.4.1無滑動(dòng)接觸力模型174
7.4.2無滑動(dòng)滾動(dòng)摩擦接觸力模型176
7.4.3考慮黏結(jié)的接觸力模型177
7.4.4考慮內(nèi)聚力的接觸力模型177
7.5小結(jié)178
參考文獻(xiàn)179
第8章顆粒介質(zhì)全相態(tài)模擬的SDPHDEM耦合方法
8.1引言181
8.2濃密顆粒介質(zhì)數(shù)值方法與稀疏顆粒介質(zhì)數(shù)值方法之間算法的轉(zhuǎn)化181
8.2.1由濃密顆粒介質(zhì)算法向稀疏顆粒介質(zhì)算法轉(zhuǎn)化的原則183
8.2.2由稀疏顆粒介質(zhì)算法向濃密顆粒介質(zhì)算法轉(zhuǎn)化的原則183
8.3濃密顆粒介質(zhì)算法與稀疏顆粒介質(zhì)算法之間的相互作用184
8.4稀疏顆粒介質(zhì)SDPH方法與超稀疏顆粒介質(zhì)DEM方法耦合185
8.4.1SDPH與DEM之間算法的轉(zhuǎn)化185
8.4.2SDPH粒子與DEM粒子之間作用力傳遞186
8.5顆粒介質(zhì)全相態(tài)模擬的SDPHDEM耦合方法流程圖187
8.6三維水平表面單側(cè)顆粒堆坍塌過程數(shù)值驗(yàn)證189
8.7三維傾斜表面單側(cè)顆粒堆坍塌過程數(shù)值驗(yàn)證194
8.8三維水平表面圓柱形顆粒堆坍塌過程數(shù)值模擬197
8.9小結(jié)205
參考文獻(xiàn)206
第9章液體顆粒兩相流模擬的SPHSDPHDEM耦合方法
9.1引言208
9.2求解雙流體模型中連續(xù)相的SPH方法209
9.3SPHSDPHDEM耦合框架及算法流程211
9.3.1SPHSDPHDEM耦合框架211
9.3.2SPHSDPHDEM耦合算法流程211
9.4潰壩侵蝕顆粒床層過程數(shù)值模擬214
9.5小結(jié)216
參考文獻(xiàn)216
第10章顆粒介質(zhì)邊界力施加方法
10.1引言218
10.2顆粒介質(zhì)邊界力分解218
10.3基于罰函數(shù)的SDPH邊界法向力施加方法219
10.3.1基于Galerkin加權(quán)余量法的排斥力模型219
10.3.2基于罰函數(shù)的非滑移邊界施加方法221
10.4基于勢(shì)函數(shù)的SDPH邊界法向力施加方法223
10.5基于邊界粒子動(dòng)態(tài)生成技術(shù)的SDPH邊界法向力施加方法224
10.6基于虛粒子方法的SDPH固壁邊界法向力施加方法226
10.6.1流體固壁作用方程226
10.6.2虛粒子物理量求解227
10.7顆粒介質(zhì)的切向邊界力施加模型228
10.7.1摩擦模型228
10.7.2Voellmy模型228
10.8小結(jié)229
參考文獻(xiàn)229
第11章顆粒介質(zhì)全相態(tài)理論及方法在工程中的應(yīng)用
11.1引言231
11.2在航空航天動(dòng)力系統(tǒng)中的應(yīng)用231
11.2.1航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片前緣模型顆粒沉積數(shù)值模擬研究231
11.2.2航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油霧化問題數(shù)值模擬242
11.2.3固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管受顆粒流侵蝕過程數(shù)值模擬247
11.3在工業(yè)工程中的應(yīng)用253
11.3.1磨料射流切割HTPB固體推進(jìn)劑過程數(shù)值模擬253
11.3.2噴動(dòng)流化床流化過程數(shù)值模擬262
11.4在沖擊動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用268
11.4.1球形彈丸侵徹土體過程數(shù)值模擬271
11.4.2細(xì)長(zhǎng)體彈丸侵徹土體過程數(shù)值模擬276
11.4.325mm子彈侵徹土體彈跳過程數(shù)值模擬280
11.5在地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用284
11.5.1滑槽液固兩相流動(dòng)過程數(shù)值模擬285
11.5.2滑槽鏟刮過程數(shù)值模擬287
11.5.3滑槽模擬堵江潰壩過程數(shù)值模擬298
11.5.4高位遠(yuǎn)程滑坡運(yùn)動(dòng)過程數(shù)值模擬301
11.6小結(jié)304
參考文獻(xiàn)305