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浸没边界法在充气过程中的分析与应用

任伟伟  
【摘要】:浸没边界法是一类在直角坐标系中处理运动曲线边界的新兴计算方法,十分适合模拟多运动或变形物体的复杂相互作用,而且程序简单,易于实现。于是自从1972年被Peskin提出作为模拟人体心血管系统中流体-弹性体耦合的模型后,就被广泛应用于多种流固耦合和生物流体力学问题。 本文首先在详细介绍基于标准投影法的浸没边界法的基础上,分析(验证)了浸没边界法在大变形流固耦合问题,多介质流问题中的模拟能力,对方腔内圆状薄膜的变形运动,剪切流中液滴的变形以及浮力作用下水下气泡的上浮运动进行了模拟和分析,并与已有文献所得到的计算数据与前人的数值结果以及实验结果相符合,验证了自主程序能够正确模拟大变形流固耦合和大密度比多介质流问题。 同时,建立了与周围流场相互作用的气囊的二维简化充气模型,首次应用浸没边界法对其进行探索性模拟,获得了气囊充气过程中气囊形状,体积,气囊上拉应力的时间变化及气囊上部分特征拉格朗日点对流场作用力的时间变化。模拟结果表明:气囊充气过程中最大拉力主要集中在气囊靠近进气口的两侧,为工程设计提供了一种较为可靠的辅助手段。


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