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SPH-DEM 二维流固耦合分析软件
产品版本: V1.0
适用平台: Windows
产品介绍典型案例参考文献

软件简介

SPH-DEM主要用于模拟分析有自由液面的流固耦合作用问题,预测刚体、变形体和散粒体在复杂流动条件下的运动、变形和破坏特征。SPH-DEM的耦合通过将流固相互作用力场进行解耦:流体和固体粒子之间的作用通过Navier-Stokes方程来反映,而固体颗粒之间的作用通过DEM确定。压力迭代过程中负压被消除,避免了粒子出现黏聚效应,结果的仿真度高。SPH-DEM软件模块包括前处理模块、分析计算模块和后处理模块。用户可根据需要自动生成粒子填充模型;计算模块参数设定简单,效率高,鲁棒性好;后处理模块可将计算结果以图表、曲线和动画的形式显示和输出。


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案例1: 楔形体入水

Heinrich在实验室对滑坡产生的涌浪进行了研究,滑坡的过程用一个刚性楔形体从45°的斜面上自由滑落水中进行模拟,实验装置见图1.1所示。采用SPH-DEM软件进行计算,图1.2给出了在t = 0.5s和t = 1.0s时的液面形态与实验值的比较。

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图1.1  楔形体滑入水实验示意图


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图1.2 不同时刻液面的的变化比较:(a) t = 0.5s;(b) t = 1.0s

案例2: 闸门放水 

下图给出了闸门放水时,不同材料闸门与水流的相互作用。


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案例3: 急流淘蚀沙床

Khanpour et al设计了一个小孔出流的淘刷实验,实验装置如图3.1所示,小孔瞬间开启,急流对沙床产生冲涮。选取2mm作为粒子的水平间距,共产生5.2万颗水粒子;沙粒则按照六角密排的方式均匀布置,共布置1.5万颗沙粒。图3.2 显示了不同时刻SPH-DEM软件计算的液面、沙面轮廓和实验的对比,计算得到冲坑和水面轮廓的规律与实验基本相同。图3.3选取了几个典型时刻,将SPH-DEM结果与Khanpour的实验和计算进行比对。可以看出,在多数时刻,SPH-DEM的计算结果更靠近实验值一些,特别是水面的轮廓线,精度要高于Khanpour的结果。

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图3.1 急流淘刷沙床实验示意图


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图3.2 不同时刻SPH-DEM的液面和沙面轮廓与实验(Khanpour et al., 2016)对比. 

(a): t = 0.9s; (b) :t = 1.9s; (c) : t = 2.1s; (d) : t = 2.6s      


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 图3.3不同时刻液面和沙床的形状对比。

(a): t = 0.3s; (b): t = 0.7s; (c): t = 1.0s; (d): t = 1.5s; (e): t = 1.9s; (f): t = 2.3s; (g): t = 3.5s; (h): t = 5.0s


案例4: 基墩下沉

基墩在指定地点悬吊如图4.1所示,释放缆绳后基墩在重力和浮力作用下缓慢下沉。采用SPH-DEM对此案例进行建模,粒子的水平间距为0.3m,交错布置,基墩由边界颗粒组成,共产生13万颗水粒子和1.1万颗边界粒子。沙粒的直径为0.3m,采用六角密排方式,共2.5万颗沙粒。计算共进行40s,大约30s后基墩触底。图4.2给出了SPH-DEM计算基墩下沉的过程. 图4.3给出了基墩在触底的瞬间产生轻微的倾覆,但很快会回复平衡。

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图4.1 基墩下沉示意图


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图4.2 基墩入水后不同时刻的状态对比


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图4.3 基墩触底瞬间产生的倾覆现象

案例5: 小球入水

下图给出了不同数量的小球颗粒与水流的相互作用。


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动图7_20190703211321.gif



案例6: 水流冲砂

下图给出了不同工况条件下水流冲砂的相互作用模拟。


动图8_20190703210813.gif

动图9_20190703210900.gif

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动图11_20190703210955.gif


1.  Yuehao Tang, Qinghui Jiang, Chuangbing Zhou. A Lagrangian-based SPH-DEM model for fluid-solid interaction with free surface flow in two dimensions. Applied Mathematical Modelling, 2018, 62:436-460.


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