结构入水空泡流动的高精度SPH模拟研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    U1530110
  • 项目类别：
    联合基金项目
  • 资助金额：
    68.0万
  • 负责人：
    刘谋斌
  • 依托单位：
    北京大学
  • 学科分类：
    A31.NSFC-中物院联合基金
  • 结题年份：
    2018
  • 批准年份：
    2015
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

This proposal is developed according to a NSAF targeted cultivation project "Investigations on water entry and its associated cavitation phenomenon". The purpose of this project is to develop efficient fluid-solid structure interaction algorithm, two-phase flow algorithm and non-reflective boundary algorithm based on a high order smoothed particle hydrodynamics (SPH) method, to comparatively investigate turbulence models and cavitation models and incorporate suitable models for simulating water entry of solid objects into the SPH solver. The numerical methods, computational algorithms and physical models will be verified by analytical, experimental and other CFD results, and then applied to investigate water entry and its associated cavitation phenomenon with bubble formation, growth and collapse. It aims to provide a new numerical method for modeling water entry and its associated cavitation phenomenon, to provide new ideas and techniques to predict inherent physics and to provide guidance for optimally designing structures for water entry.
本申请针对“培育项目”的明确目标课题-“8.结构入水空泡现象研究”提出，旨在基于高精度SPH方法，发展有效的流固耦合、两相流动及无反射边界算法，并在SPH方法中引入合适的紊流模型与空泡模型，通过理论分析、模型实验及其他CFD数值结果的验证，建立能够有效模拟结构入水及入水空泡流动的数值模拟方法，以分析和研究结构入水过程中空泡的萌生、发育和溃灭的机理及其对水体阻力与结构载荷特性的影响，解释现有数值结果和实验观察的差异。希望通过本项目的研究，为结构入水及入水空泡问题提供科学的数值模拟方法和新技术、新思路，对结构入水及入水空泡进行有效的预测，从而趋利避害，并帮助指导设计相关的入水结构。

结项摘要

本项目旨在发展高精度无网格粒子方法，结合模型实验，以研究结构入水及产生的空泡特性。首先，项目发展了一种解耦有限粒子法（DFPM）, 一系列数值结果表明本项目发展的DFPM方法是一种精度高、稳定性好的新型粒子方法，能够准确对自由面流动进行模拟，该方法可用于研究具有自由面或大变形的复杂流动问题。在DFPM方法的基础上，发展了有效的流固耦合模型、无反射边界模型和多相流界面模型。这些模型不仅可用于结构入水空泡流动问题，也能够推广应用于其他多相多介质运动领域，如爆炸驱动金属运动。基于本项目发展的数值模型，对楔形体入水过程中的空气泡进行了数值研究。数值结果表明，楔形体入水过程中，在楔体两侧形成两股射流，随着时间的发展，射流逐渐闭合形成空气泡，空气泡可以传递压力，进而产生推动楔形体入水的动力。本项目采用高速摄影方法在实验室水箱中开展超疏水小球低速入水实验，观察和研究小球入水过程中的水空泡类型。实验结果表明超疏水小球的入水及空泡动力学行为主要与韦伯数和邦德数有关。在不同参数下，小球入水及空泡的动力学行为可能经历漂浮振荡、准静态闭合、浅闭合、深闭合和表面闭合。..本项目发展了气、液、固三相流动数值模型，为研究结构入水提供了一种精度高、稳定性好的新型粒子方法。从数值和实验两个方面探讨了结构物入水过程中的空气泡特性，有助于对气泡和结构物运动特性之间关系的理解，具有重要的理论意义和学术价值，同时也具有广阔的工程应用背景。..本项目研究内容共发表文章19篇SCI文章。在本项目的支持下，举办国际会议1次，项目负责人多次应邀参加国际/国内学术会议，并作大会报告或专题报告，项目负责人也多次荣获各种学术奖励，2017年教育部自然科学类一等奖，以及2018年世界华人计算力学学会计算力学奖；2015年以来蝉联入榜Elsevier计算力学领域中国高被引学者。

项目成果

期刊论文数量（19）
专著数量（1）
科研奖励数量（4）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
A finite particle method with particle shifting technique for modeling particulate flows with thermal convection
采用粒子移动技术的有限粒子方法，用于模拟热对流颗粒流
  • DOI：
    10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.09.074
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    International Journal of Heat and Mass Transfer
  • 影响因子：
    5.2
  • 作者：
    Zhang Z. L.;Walayat K.;Huang C.;Chang J. Z.;Liu M. B.
  • 通讯作者：
    Liu M. B.
A density-adaptive SPH method with kernel gradient correction for modeling explosive welding
用于爆炸焊接建模的具有核梯度校正的密度自适应 sph 方法
  • DOI：
    10.1007/s00466-017-1420-5
  • 发表时间：
    2017-09-01
  • 期刊：
    COMPUTATIONAL MECHANICS
  • 影响因子：
    4.1
  • 作者：
    Liu, M. B.;Zhang, Z. L.;Feng, D. L.
  • 通讯作者：
    Feng, D. L.
瑞利-泰勒不稳定问题的光滑粒子法(sph)模拟研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    物理学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    杨秀峰;刘谋斌
  • 通讯作者：
    刘谋斌
An improved KGF-SPH with a novel discrete scheme of Laplacian operator for viscous incompressible fluid flows
一种改进的KGF-SPH，具有新颖的拉普拉斯算子离散方案，适用于粘性不可压缩流体流动
  • DOI：
    10.1002/fld.4191
  • 发表时间：
    2016
  • 期刊：
    INTERNATIONAL JOURNAL FOR NUMERICAL METHODS IN FLUIDS
  • 影响因子：
    1.8
  • 作者：
    Huang C.;Lei J. M.;Liu M. B.;Peng X. Y.
  • 通讯作者：
    Peng X. Y.
Smoothed particle hydrodynamics with kernel gradient correction for modeling high velocity impact in two- and three-dimensional spaces
具有核梯度校正的平滑粒子流体动力学，用于模拟二维和三维空间中的高速冲击
  • DOI：
    10.1016/j.enganabound.2017.07.015
  • 发表时间：
    2017-10
  • 期刊：
    Engineering Analysis With Boundary Elements
  • 影响因子：
    3.3
  • 作者：
    Zhang Z. L.;Feng D. L.;Liu M. B.（刘谋斌）
  • 通讯作者：
    Liu M. B.（刘谋斌）

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其他文献

光滑粒子动力学方法中粒子分布与数值稳定性分析
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  • 通讯作者：
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  • 通讯作者：
    Lü-wen Zhou1,Mou-bin Liu1,Jian-zhong Chang2(1 Inst
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  • 通讯作者：
    王喜军
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  • 作者：
    刘谋斌;宗智;常建忠;LIU Moubin~(1,2,+) ZONG Zhi~3 CHANG Jianzhong~4 1
  • 通讯作者：
    LIU Moubin~(1,2,+) ZONG Zhi~3 CHANG Jianzhong~4 1
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  • 发表时间：
    2012
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    Acta Physica Sinica
  • 影响因子：
    1
  • 作者：
    刘谋斌;常建忠;苏铁熊;刘汉涛
  • 通讯作者：
    刘汉涛

其他文献

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基于光滑粒子有限元的金属增材制造研究
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  • 项目类别：
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AI项目解读示例

课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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