顆粒介質全相態(tài)理論及數值實現

目錄
叢書序
前言
第1章緒論
1.1顆粒介質問題研究的重要性001
1.2認識顆粒介質及其多相態(tài)性003
1.2.1顆粒介質003
1.2.2顆粒介質的性質003
1.2.3顆粒介質問題所涉及的領域004
1.2.4顆粒介質的相態(tài)表征006
1.3顆粒介質的相態(tài)表征理論研究現狀006
1.3.1顆粒介質的單一相態(tài)表征理論研究現狀006
1.3.2顆粒介質的多相態(tài)表征理論研究現狀009
1.4顆粒介質的數值模擬方法研究現狀011
1.4.1模擬顆粒介質的網格法研究現狀011
1.4.2模擬顆粒介質的軌道追蹤法研究現狀011
1.4.3模擬顆粒介質的物質點法研究現狀014
1.4.4模擬顆粒介質的光滑粒子流體動力學方法研究現狀015
1.5顆粒介質的全相態(tài)理論與數值實現方法介紹017
1.5.1關于“顆粒介質全相態(tài)”017
1.5.2顆粒介質全相態(tài)理論簡介018
1.5.3顆粒介質全相態(tài)數值模擬方法簡介019
1.6本書內容安排021
參考文獻022
第2章濃密顆粒介質的彈黏塑性本構理論
2.1引言034
2.2顆粒類固態(tài)的理想彈性塑性本構理論035
2.3顆粒類液態(tài)的黏性塑性本構理論044
2.4濃密顆粒介質的彈黏塑性本構理論047
2.5考慮內聚力的濃密顆粒介質的彈黏塑性本構理論054
2.6干、濕顆粒堆坍塌過程數值驗證061
2.7小結065
參考文獻066
第3章顆粒介質的全相態(tài)理論
3.1引言068
3.2稀疏顆粒流的動理學理論069
3.2.1顆粒動理學理論069
3.2.2考慮顆粒摩擦作用的顆粒動理學理論075
3.3超稀疏顆粒流的質點動力學理論077
3.4顆粒介質全相態(tài)的彈黏塑動理學質點動力學耦合理論080
3.4.1顆粒類固態(tài)與顆粒類液態(tài)之間的轉化080
3.4.2顆粒類液態(tài)與顆粒類氣態(tài)之間的轉化081
3.4.3顆粒類氣態(tài)與顆粒離散慣性態(tài)之間的轉化082
3.5干顆粒物料沿壁面快速流動沖擊壁面堆積過程數值驗證082
3.6小結087
參考文獻087
第4章液體中懸浮顆粒介質理論
4.1引言089
4.2密實懸浮液的體積分數主導流變學理論090
4.2.1密實懸浮液單相流理論模型090
4.2.2密實懸浮液液體顆粒兩相流理論模型093
4.3密實懸浮液的應力主導流變學理論097
4.4考慮顆粒介質全相態(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體積分數及物質屬性確定方法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值模擬驗證104
4.6小結108
參考文獻108
第5章濃密顆粒介質模擬的SDPH方法
5.1引言110
5.2傳統(tǒng)SPH理論111
5.2.1核函數積分插值111
5.2.2粒子近似112
5.2.3連續(xù)介質模型的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核函數及其梯度的修正近似117
5.4光滑離散顆粒流體動力學方法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濃密顆粒介質彈黏塑性本構模型的SDPH離散120
5.5.1濃密顆粒介質類固態(tài)的完全拉格朗日形式的SDPH離散120
5.5.2濃密顆粒介質類液態(tài)的歐拉形式的SDPH離散120
5.5.3濃密顆粒介質類固態(tài)和類液態(tài)之間的粒子核轉變121
5.6考慮內聚力濃密顆粒介質的人工應力方法123
5.7二維/三維單側顆粒堆坍塌過程數值驗證124
5.8傾斜壁面上顆粒堆坍塌過程數值驗證130
5.9滾筒顆粒流問題數值驗證135
5.9.1滾筒內無內聚力的干顆粒材料運動過程數值模擬135
5.9.2滾筒內黏結性顆粒周期性坍塌過程數值模擬138
5.10小結142
參考文獻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算例驗證155
6.6.1燃料空氣炸藥爆炸拋撒成霧過程數值模擬155
6.6.2云霧團燃燒爆炸過程數值模擬161
6.7小結163
參考文獻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運動描述168
7.3.3運動方程求解169
7.3.4接觸發(fā)現算法170
7.3.5時間步長確定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無滑動接觸力模型174
7.4.2無滑動滾動摩擦接觸力模型176
7.4.3考慮黏結的接觸力模型177
7.4.4考慮內聚力的接觸力模型177
7.5小結178
參考文獻179
第8章顆粒介質全相態(tài)模擬的SDPHDEM耦合方法
8.1引言181
8.2濃密顆粒介質數值方法與稀疏顆粒介質數值方法之間算法的轉化181
8.2.1由濃密顆粒介質算法向稀疏顆粒介質算法轉化的原則183
8.2.2由稀疏顆粒介質算法向濃密顆粒介質算法轉化的原則183
8.3濃密顆粒介質算法與稀疏顆粒介質算法之間的相互作用184
8.4稀疏顆粒介質SDPH方法與超稀疏顆粒介質DEM方法耦合185
8.4.1SDPH與DEM之間算法的轉化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顆粒堆坍塌過程數值驗證189
8.7三維傾斜表面單側顆粒堆坍塌過程數值驗證194
8.8三維水平表面圓柱形顆粒堆坍塌過程數值模擬197
8.9小結205
參考文獻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值模擬214
9.5小結216
參考文獻216
第10章顆粒介質邊界力施加方法
10.1引言218
10.2顆粒介質邊界力分解218
10.3基于罰函數的SDPH邊界法向力施加方法219
10.3.1基于Galerkin加權余量法的排斥力模型219
10.3.2基于罰函數的非滑移邊界施加方法221
10.4基于勢函數的SDPH邊界法向力施加方法223
10.5基于邊界粒子動態(tài)生成技術的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229
參考文獻229
第11章顆粒介質全相態(tài)理論及方法在工程中的應用
11.1引言231
11.2在航空航天動力系統(tǒng)中的應用231
11.2.1航空發(fā)動機渦輪葉片前緣模型顆粒沉積數值模擬研究231
11.2.2航空發(fā)動機燃油霧化問題數值模擬242
11.2.3固體火箭發(fā)動機尾噴管受顆粒流侵蝕過程數值模擬247
11.3在工業(yè)工程中的應用253
11.3.1磨料射流切割HTPB固體推進劑過程數值模擬253
11.3.2噴動流化床流化過程數值模擬262
11.4在沖擊動力學領域內的應用268
11.4.1球形彈丸侵徹土體過程數值模擬271
11.4.2細長體彈丸侵徹土體過程數值模擬276
11.4.325mm子彈侵徹土體彈跳過程數值模擬280
11.5在地質災害預防領域內的應用284
11.5.1滑槽液固兩相流動過程數值模擬285
11.5.2滑槽鏟刮過程數值模擬287
11.5.3滑槽模擬堵江潰壩過程數值模擬298
11.5.4高位遠程滑坡運動過程數值模擬301
11.6小結304
參考文獻305