近幾十年來(lai)，以計算流(liu)體力學為(wei)(wei)(wei)基礎(chu)的(de)數值模擬技術取得(de)了巨大成功，成為(wei)(wei)(wei)繼理(li)論研(yan)究(jiu)和(he)實驗研(yan)究(jiu)兩種傳統方法(fa)(fa)(fa)(fa)之外的(de)第三種關(guan)鍵手段。針(zhen)對國防(fang)工程(cheng)領域中極端(duan)復雜的(de)流(liu)動(dong)問(wen)題(ti)，一(yi)些原(yuan)來(lai)認為(wei)(wei)(wei)難以解(jie)(jie)決的(de)問(wen)題(ti)，在數值模擬技術的(de)幫助(zhu)下都能夠迎刃(ren)而解(jie)(jie)。無網(wang)格(ge)數值方法(fa)(fa)(fa)(fa)由于可以從本質(zhi)上(shang)解(jie)(jie)決網(wang)格(ge)法(fa)(fa)(fa)(fa)在求解(jie)(jie)大變形和(he)自由表面流(liu)動(dong)過程(cheng)時遇(yu)到的(de)網(wang)格(ge)扭曲、纏繞或者界面追蹤的(de)技術難題(ti)，已迅速成為(wei)(wei)(wei)計算力學方法(fa)(fa)(fa)(fa)研(yan)究(jiu)的(de)一(yi)個熱點。光滑粒子流(liu)體動(dong)力學（SPH）便(bian)是(shi)這類方法(fa)(fa)(fa)(fa)中發展最(zui)為(wei)(wei)(wei)迅速、應用最(zui)為(wei)(wei)(wei)廣泛(fan)的(de)一(yi)種方法(fa)(fa)(fa)(fa)。

SPH光滑核函數

SPH可(ke)應用于的典型領(ling)域

光滑粒子流體(ti)(ti)動(dong)力學是20世紀70年代(dai)(dai)提(ti)出并逐漸發(fa)展起來(lai)的(de)一門數(shu)值(zhi)計(ji)算(suan)(suan)方法(fa)，由(you)于具(ju)有自適應性(xing)(xing)(xing)、無網(wang)格性(xing)(xing)(xing)、拉格朗日性(xing)(xing)(xing)以及粒子性(xing)(xing)(xing)等特性(xing)(xing)(xing)，其在求解大變形(xing)、自由(you)表面(mian)流、復雜界面(mian)運動(dong)等過程中具(ju)有較大優(you)勢，已廣泛應用于天體(ti)(ti)物理、沖擊爆炸、水(shui)動(dong)力學等領(ling)域。伴隨(sui)著高性(xing)(xing)(xing)能計(ji)算(suan)(suan)機以及虛(xu)擬現實(shi)、互聯(lian)網(wang)、云(yun)計(ji)算(suan)(suan)等新興技(ji)術的(de)快(kuai)速發(fa)展，以SPH為(wei)(wei)代(dai)(dai)表的(de)新一代(dai)(dai)數(shu)值(zhi)模擬方法(fa)必將(jiang)迎來(lai)新的(de)發(fa)展機遇。同時，發(fa)展以新的(de)數(shu)值(zhi)仿真技(ji)術為(wei)(wei)核(he)心的(de)計(ji)算(suan)(suan)機輔助工程必將(jiang)為(wei)(wei)提(ti)升我國的(de)工業(ye)信息化水(shui)平發(fa)揮重要作(zuo)用。

《光滑粒(li)子(zi)流體(ti)動力學新方(fang)(fang)法(fa)及(ji)應(ying)用(yong)》闡述(shu)了(le)作者(zhe)及(ji)其研(yan)究(jiu)(jiu)團(tuan)隊(dui)近(jin)20年來在SPH方(fang)(fang)法(fa)及(ji)應(ying)用(yong)方(fang)(fang)面(mian)取得的(de)(de)(de)最新研(yan)究(jiu)(jiu)成(cheng)果，這(zhe)些(xie)研(yan)究(jiu)(jiu)成(cheng)果不僅(jin)涵蓋SPH方(fang)(fang)法(fa)研(yan)究(jiu)(jiu)的(de)(de)(de)主要領(ling)域(yu)，而(er)且集(ji)中(zhong)對SPH方(fang)(fang)法(fa)前沿問題和尖端(duan)問題進行探討，詳細論(lun)述(shu)對這(zhe)些(xie)問題的(de)(de)(de)解(jie)決方(fang)(fang)案(an)，同時引(yin)入新的(de)(de)(de)理論(lun)，開拓新的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)領(ling)域(yu)，不僅(jin)有(you)助于(yu)讀者(zhe)快(kuai)速解(jie)決在SPH研(yan)究(jiu)(jiu)方(fang)(fang)面(mian)存(cun)在的(de)(de)(de)難題，指導相關(guan)領(ling)域(yu)內的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)(jiu)工(gong)作，而(er)且有(you)助于(yu)加快(kuai)讀者(zhe)在該方(fang)(fang)法(fa)方(fang)(fang)面(mian)的(de)(de)(de)創新，取得更大(da)的(de)(de)(de)理論(lun)突(tu)破(po)。

全書(shu)從(cong)方法和應用兩個層(ceng)面上闡述最新的研究(jiu)成果：

方法層面新在哪些方面？

完全變光滑長度SPH方法

從對稱核近似出發，建立一組(zu)非常適(shi)合于模擬(ni)爆(bao)炸(zha)與沖擊、大變形大扭曲等密度和光(guang)滑(hua)長度變化劇烈問題的(de)(de)修正變光(guang)滑(hua)長度SPH方(fang)程(cheng)組(zu)，修正SPH密度演化方(fang)程(cheng)、動量方(fang)程(cheng)以及能量方(fang)程(cheng)與變光(guang)滑(hua)長度方(fang)程(cheng)的(de)(de)關聯效應(ying)(ying)，從根本上來消除(chu)變光(guang)滑(hua)長度效應(ying)(ying)在(zai)求解極(ji)端爆(bao)炸(zha)問題時造成的(de)(de)偏差。

二維Sedov問題的完(wan)全變(bian)光滑長度SPH方(fang)法計(ji)算結果(guo)

無網格局部間斷伽遼金方法

從(cong)理(li)論(lun)上融合先(xian)進的(de)(de)(de)無(wu)網(wang)(wang)格(ge)(ge)離散技術(shu)和成(cheng)熟高效的(de)(de)(de)網(wang)(wang)格(ge)(ge)CFD求解技術(shu)，首先(xian)從(cong)擴(kuo)展(zhan)網(wang)(wang)格(ge)(ge)間(jian)斷(duan)伽(jia)(jia)(jia)遼金方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)的(de)(de)(de)空(kong)間(jian)離散技術(shu)入(ru)(ru)手，建(jian)立(li)出(chu)(chu)更具幾何(he)靈活性(xing)和實(shi)用性(xing)的(de)(de)(de)無(wu)網(wang)(wang)格(ge)(ge)CFD方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)——無(wu)網(wang)(wang)格(ge)(ge)局部間(jian)斷(duan)伽(jia)(jia)(jia)遼金（MLDG）法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)及其衍生算法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)，同時從(cong)該方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)出(chu)(chu)發，重新構建(jian)SPH方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)的(de)(de)(de)本理(li)論(lun)，建(jian)立(li)一(yi)類特殊的(de)(de)(de)拉格(ge)(ge)朗(lang)日型(xing)MLDG法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)——間(jian)斷(duan)伽(jia)(jia)(jia)遼金型(xing)SPH方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)，并從(cong)數(shu)值流通量(liang)(liang)的(de)(de)(de)概念來(lai)考察傳統SPH方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)以及基于(yu)Riemann解的(de)(de)(de)SPH方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)，從(cong)而(er)能(neng)夠理(li)論(lun)上統一(yi)網(wang)(wang)格(ge)(ge)方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)中(zhong)數(shu)值流通量(liang)(liang)技術(shu)在SPH方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)中(zhong)的(de)(de)(de)運用。然后(hou)，在此基礎上引入(ru)(ru)網(wang)(wang)格(ge)(ge)方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)(fa)(fa)通量(liang)(liang)校正（FCT）技術(shu)，建(jian)立(li)更為完善的(de)(de)(de)不依(yi)賴人工黏性(xing)的(de)(de)(de)Godunov-SPH-FCT格(ge)(ge)式，從(cong)而(er)提高SPH在求解激(ji)波(bo)問(wen)題方(fang)(fang)面的(de)(de)(de)能(neng)力。

網格間(jian)斷伽(jia)遼金方(fang)法（左）和無網格間(jian)斷伽(jia)遼金方(fang)法（右）

SPH拉伸不穩定問題研究

在(zai)Swegle等對(dui)SPH進行von Neumann穩(wen)(wen)定(ding)(ding)性(xing)分析(xi)的(de)基礎(chu)上(shang)，根(gen)據(ju)von Neumann穩(wen)(wen)定(ding)(ding)性(xing)分析(xi)方法(fa)(fa)的(de)思想，論述(shu)速度小擾動穩(wen)(wen)定(ding)(ding)性(xing)測試法(fa)(fa)，分別(bie)研(yan)究不同核(he)函(han)數、不同動量(liang)方程離散形式和不同擾動波長下SPH的(de)穩(wen)(wen)定(ding)(ding)性(xing)，同時(shi)對(dui)應力點法(fa)(fa)、拉格朗日核(he)函(han)數法(fa)(fa)、守(shou)恒光(guang)滑法(fa)(fa)、人工(gong)應力法(fa)(fa)以及修正的(de)光(guang)滑粒(li)子(zi)法(fa)(fa)對(dui)SPH的(de)穩(wen)(wen)定(ding)(ding)效果進行穩(wen)(wen)定(ding)(ding)分析(xi)，研(yan)究每種方法(fa)(fa)解決(jue)或(huo)改善(shan)SPH的(de)拉伸不穩(wen)(wen)定(ding)(ding)性(xing)情況，并加以比較分析(xi)，尋找有(you)效實用的(de)人工(gong)應力法(fa)(fa)作為(wei)改善(shan)SPH拉伸不穩(wen)(wen)定(ding)(ding)性(xing)問題的(de)方法(fa)(fa)。

壓縮狀(zhuang)態下速度(du)擾動振幅變化（左）和拉伸狀(zhuang)態下速度(du)擾動振幅變化（右）

三次B-樣條核函數(shu)穩定性(xing)分析

SPH-FEM耦合算法

為(wei)(wei)(wei)(wei)解決計算力學中的(de)大變形(xing)問題(ti)，建立一(yi)系列SPH-FEM耦合算法(fa)：①固(gu)結(jie)；②接(jie)觸(chu)；③轉(zhuan)換。其中，SPH-FEM固(gu)結(jie)算法(fa)適(shi)用于同一(yi)物(wu)體內部，如沖擊問題(ti)中將(jiang)靶板的(de)彈著點(dian)區域(yu)離(li)(li)散(san)為(wei)(wei)(wei)(wei)SPH粒子(zi)，其余部分離(li)(li)散(san)為(wei)(wei)(wei)(wei)有(you)(you)限單元(yuan)(yuan)；SPH-FEM接(jie)觸(chu)算法(fa)適(shi)用于不(bu)同物(wu)體之間(jian)，如流固(gu)耦合問題(ti)中將(jiang)流體離(li)(li)散(san)為(wei)(wei)(wei)(wei)SPH粒子(zi)，固(gu)體離(li)(li)散(san)為(wei)(wei)(wei)(wei)有(you)(you)限單元(yuan)(yuan)；SPH-FEM轉(zhuan)換算法(fa)適(shi)用于大變形(xing)位置和(he)范圍(wei)未知的(de)情況，如裂紋(wen)(wen)擴(kuo)展(zhan)問題(ti)，問題(ti)域(yu)初(chu)始離(li)(li)散(san)為(wei)(wei)(wei)(wei)有(you)(you)限單元(yuan)(yuan)，計算中裂紋(wen)(wen)擴(kuo)展(zhan)方向上(shang)的(de)有(you)(you)限單元(yuan)(yuan)轉(zhuan)換為(wei)(wei)(wei)(wei)SPH粒子(zi)。

平頭鋼彈正沖擊鋼板SPH-FEM耦合方法計算結(jie)果（左）和(he)實驗結(jie)果[50]（右(you)）對比

SDPH-FVM耦合算法

為解(jie)(jie)決(jue)現有模(mo)(mo)型(xing)和算法在求(qiu)(qiu)解(jie)(jie)氣-粒(li)(li)(li)(li)兩相(xiang)(xiang)流動問題(ti)遇到的(de)(de)不(bu)足，基(ji)于(yu)顆粒(li)(li)(li)(li)動力學模(mo)(mo)型(xing)，通過增(zeng)加SPH粒(li)(li)(li)(li)子(zi)所表(biao)征的(de)(de)顆粒(li)(li)(li)(li)的(de)(de)材料屬性(xing)，推導SPH粒(li)(li)(li)(li)子(zi)屬性(xing)與顆粒(li)(li)(li)(li)屬性(xing)間的(de)(de)關系式，將(jiang)SPH改(gai)造成(cheng)適于(yu)離散(san)相(xiang)(xiang)求(qiu)(qiu)解(jie)(jie)的(de)(de)SDPH方(fang)法，建立SPH粒(li)(li)(li)(li)子(zi)與真(zhen)實顆粒(li)(li)(li)(li)間的(de)(de)一一對應關系；在此基(ji)礎上，分別采用(yong)SDPH方(fang)法和FVM對TFM模(mo)(mo)型(xing)中的(de)(de)離散(san)相(xiang)(xiang)和連續相(xiang)(xiang)進行求(qiu)(qiu)解(jie)(jie)，推導SDPH和FVM離散(san)方(fang)程(cheng)組(zu)，搭(da)建SDPH與FVM耦合框架，實現SDPH-FVM耦合算法流程(cheng)。

風沙運(yun)動(dong)穩定(ding)后粒(li)子空(kong)間分布(bu)(bu)（左）和速度空(kong)間分布(bu)(bu)（右）

基于CSF模型的表面張力修正算法

從CSF模型出發，在Morris提出的(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)SPH方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)基(ji)礎上(shang)，采用能夠很好(hao)解決(jue)邊界核插值問題的(de)CSPM方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)對表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)算法(fa)(fa)(fa)進(jin)行(xing)修(xiu)正，得到修(xiu)正后的(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)方(fang)(fang)程組；在此基(ji)礎上(shang)，采用新的(de)邊界處(chu)理方(fang)(fang)式(shi)和法(fa)(fa)(fa)向修(xiu)正方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)對傳統方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)進(jin)行(xing)改進(jin)，同時引入Brackbill提出的(de)壁(bi)面(mian)(mian)附著力(li)邊界條(tiao)件處(chu)理方(fang)(fang)法(fa)(fa)(fa)，得到含壁(bi)面(mian)(mian)附著力(li)邊界條(tiao)件的(de)SPH表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)算法(fa)(fa)(fa)，解決(jue)現(xian)有表(biao)(biao)面(mian)(mian)張(zhang)(zhang)力(li)算法(fa)(fa)(fa)在求解液滴等微流體變形運動時存在的(de)不足。

初(chu)始方形液滴在表面張力(li)作用下(xia)變化(hua)過程

SPH方法固壁邊界模型

對(dui)SPH方(fang)(fang)法(fa)中(zhong)的邊(bian)界(jie)施(shi)(shi)加(jia)(jia)方(fang)(fang)法(fa)進(jin)行探(tan)討(tao)，分析(xi)目前常用的邊(bian)界(jie)施(shi)(shi)加(jia)(jia)方(fang)(fang)法(fa)——罰方(fang)(fang)法(fa)及虛粒子法(fa)的施(shi)(shi)加(jia)(jia)原理，分別在(zai)這兩種(zhong)方(fang)(fang)法(fa)基礎(chu)上進(jin)行相(xiang)應地改進(jin)，并設計(ji)了部分算例對(dui)固(gu)壁邊(bian)界(jie)施(shi)(shi)加(jia)(jia)方(fang)(fang)法(fa)的有效性進(jin)行驗證(zheng)。

 罰函(han)數方法(fa)示意圖(tu)（左）和虛粒(li)子方法(fa)示意圖(tu)（右(you)）

應用層面新在哪些方面？

SPH方法應用于爆炸領域

爆(bao)(bao)(bao)(bao)炸(zha)問(wen)題在(zai)國民(min)經濟和科學技(ji)術中有著廣泛而重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)應用(yong)。在(zai)國防(fang)領(ling)域(yu)，為(wei)了進行各種武(wu)器的(de)(de)(de)研制開(kai)(kai)發，需(xu)要(yao)全面(mian)研究爆(bao)(bao)(bao)(bao)炸(zha)、侵徹的(de)(de)(de)基本規律和作用(yong)原理(li)。爆(bao)(bao)(bao)(bao)炸(zha)所產生的(de)(de)(de)沖(chong)(chong)擊(ji)波和碎片的(de)(de)(de)毀傷效應是(shi)衡(heng)量武(wu)器效果(guo)的(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)標志，只(zhi)有對(dui)其規律進行深(shen)入(ru)研究，才能(neng)(neng)有效指導戰斗(dou)部的(de)(de)(de)設計以及裝備的(de)(de)(de)安全防(fang)護。在(zai)民(min)用(yong)領(ling)域(yu)，利(li)用(yong)工程(cheng)爆(bao)(bao)(bao)(bao)破(po)(po)進行隧道開(kai)(kai)挖(wa)、采(cai)礦作業，需(xu)要(yao)對(dui)炸(zha)藥的(de)(de)(de)選擇(ze)使(shi)用(yong)、對(dui)巖土的(de)(de)(de)動(dong)(dong)態響應以及破(po)(po)壞方式等爆(bao)(bao)(bao)(bao)破(po)(po)效果(guo)進行準確評估(gu)。另外(wai)，隨著爆(bao)(bao)(bao)(bao)炸(zha)焊接、爆(bao)(bao)(bao)(bao)炸(zha)切割(ge)等爆(bao)(bao)(bao)(bao)炸(zha)加(jia)工技(ji)術在(zai)工程(cheng)上(shang)的(de)(de)(de)廣泛應用(yong)，利(li)用(yong)爆(bao)(bao)(bao)(bao)炸(zha)的(de)(de)(de)能(neng)(neng)量驅動(dong)(dong)金屬板(ban)、利(li)用(yong)爆(bao)(bao)(bao)(bao)炸(zha)沖(chong)(chong)擊(ji)壓(ya)實(shi)材(cai)料和利(li)用(yong)爆(bao)(bao)(bao)(bao)炸(zha)沖(chong)(chong)擊(ji)合成(cheng)生成(cheng)金剛(gang)粉末(mo)等越來越普遍，對(dui)爆(bao)(bao)(bao)(bao)炸(zha)相關問(wen)題的(de)(de)(de)研究要(yao)求逐漸(jian)提高。本書(shu)采(cai)用(yong)考慮變(bian)光(guang)滑長(chang)度(du)和多相界(jie)面(mian)的(de)(de)(de)SPH方法對(dui)爆(bao)(bao)(bao)(bao)炸(zha)問(wen)題進行模擬，解決了爆(bao)(bao)(bao)(bao)炸(zha)中密度(du)和光(guang)滑長(chang)度(du)變(bian)化劇烈以及不(bu)同材(cai)料界(jie)面(mian)處密度(du)相差很大但壓(ya)強(qiang)連(lian)續的(de)(de)(de)問(wen)題，模擬了錐孔炸(zha)藥爆(bao)(bao)(bao)(bao)炸(zha)、聚能(neng)(neng)射流形成(cheng)以及中心球起爆(bao)(bao)(bao)(bao)等過(guo)程(cheng)，對(dui)物理(li)現象進行了分析。

①和②分(fen)別(bie)表示(shi)傳統方法和完全(quan)變光滑長度SPH方法模(mo)擬(ni)的結果

炸藥在爆轟過(guo)程(cheng)中的壓強分布對比(bi)

SPH方法應用于沖擊動力學領域

沖(chong)(chong)擊(ji)動(dong)(dong)力(li)學是研(yan)究結構(gou)和(he)材(cai)料(liao)(liao)在沖(chong)(chong)擊(ji)載荷作用(yong)下的(de)(de)(de)(de)(de)運(yun)動(dong)(dong)、變形和(he)破壞規律(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)學科。經過近100年的(de)(de)(de)(de)(de)發展(zhan)，沖(chong)(chong)擊(ji)動(dong)(dong)力(li)學問題已(yi)經在航空航天、防災(zai)減(jian)災(zai)、材(cai)料(liao)(liao)科學、工程結構(gou)設計、終(zhong)點效應(ying)學、巖土(tu)工程、武器效能評估(gu)等(deng)眾多領域得到(dao)了廣泛應(ying)用(yong)，既有重要的(de)(de)(de)(de)(de)理論學術價(jia)值(zhi)，又有廣闊的(de)(de)(de)(de)(de)工程和(he)軍事應(ying)用(yong)需(xu)求。本(ben)書(shu)論述(shu)SPH方法在具有材(cai)料(liao)(liao)強(qiang)度的(de)(de)(de)(de)(de)沖(chong)(chong)擊(ji)動(dong)(dong)力(li)學中的(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)，將(jiang)具有材(cai)料(liao)(liao)強(qiang)度的(de)(de)(de)(de)(de)物質的(de)(de)(de)(de)(de)本(ben)構(gou)模(mo)型和(he)狀態方程引入SPH方程中，用(yong)以模(mo)擬分析在高速沖(chong)(chong)擊(ji)和(he)穿透的(de)(de)(de)(de)(de)情況下具有材(cai)料(liao)(liao)強(qiang)度的(de)(de)(de)(de)(de)流(liu)體(ti)動(dong)(dong)力(li)學問題，如30CrMnSiA鋼板抗槍(qiang)彈(dan)沖(chong)(chong)擊(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)SPH-FEM模(mo)擬及聚能射流(liu)侵徹混凝土(tu)過程。

聚(ju)能射(she)流裝置示(shi)意圖(tu)

聚能射流侵(qin)徹混凝土靶(ba)板過(guo)程

沖(chong)擊多層樓板計算結果

SPH應用于水動力學領域

水(shui)動(dong)(dong)力學作為(wei)研(yan)究水(shui)和其他液體(ti)運動(dong)(dong)規律(lv)及(ji)其與邊(bian)界相(xiang)互作用的(de)學科，在航空(kong)、航天(tian)、航海、水(shui)能、采油和醫學等領域中應用較(jiao)為(wei)廣泛，不僅涉及(ji)理想流(liu)(liu)體(ti)運動(dong)(dong)、黏(nian)性流(liu)(liu)體(ti)運動(dong)(dong)，還包(bao)(bao)括自由表面流(liu)(liu)、多相(xiang)流(liu)(liu)、非牛頓流(liu)(liu)以(yi)及(ji)空(kong)化流(liu)(liu)等多種流(liu)(liu)動(dong)(dong)形(xing)式(shi)。本書(shu)在多相(xiang)黏(nian)流(liu)(liu)SPH方(fang)法的(de)基礎上，結(jie)合新的(de)邊(bian)界力計(ji)算方(fang)法，進行了包(bao)(bao)括二維潰壩、液體(ti)攪拌、物塊(kuai)落水(shui)及(ji)小球撞擊水(shui)面等問(wen)題(ti)的(de)數(shu)值模擬。

潰壩(ba)仿真(zhen)結果(guo)(guo)（左）和實驗結果(guo)(guo)[19]（右(you)）對比(bi)

SPH應用于流體碰撞霧化領域

液(ye)(ye)(ye)體火(huo)箭發(fa)(fa)動機(ji)(ji)中，推(tui)(tui)進(jin)(jin)劑(ji)的(de)(de)(de)(de)霧(wu)(wu)(wu)(wu)化(hua)特(te)性(xing)對燃燒穩定(ding)性(xing)和推(tui)(tui)力特(te)性(xing)有著巨(ju)大影(ying)響，推(tui)(tui)進(jin)(jin)劑(ji)的(de)(de)(de)(de)霧(wu)(wu)(wu)(wu)化(hua)可分為一(yi)次(ci)(ci)(ci)霧(wu)(wu)(wu)(wu)化(hua)和二(er)(er)(er)次(ci)(ci)(ci)霧(wu)(wu)(wu)(wu)化(hua)兩個過(guo)(guo)(guo)程，一(yi)次(ci)(ci)(ci)霧(wu)(wu)(wu)(wu)化(hua)主要(yao)發(fa)(fa)生在(zai)(zai)(zai)噴(pen)注面附近，是指由(you)噴(pen)注器噴(pen)射(she)出來的(de)(de)(de)(de)推(tui)(tui)進(jin)(jin)劑(ji)射(she)流(liu)(liu)(liu)相互碰撞形成液(ye)(ye)(ye)膜，然后液(ye)(ye)(ye)膜破碎(sui)形成不(bu)穩定(ding)的(de)(de)(de)(de)液(ye)(ye)(ye)絲，進(jin)(jin)而斷裂、收(shou)縮成為液(ye)(ye)(ye)滴(di)(di)(di)(di)的(de)(de)(de)(de)過(guo)(guo)(guo)程；二(er)(er)(er)次(ci)(ci)(ci)霧(wu)(wu)(wu)(wu)化(hua)是指一(yi)次(ci)(ci)(ci)霧(wu)(wu)(wu)(wu)化(hua)形成的(de)(de)(de)(de)液(ye)(ye)(ye)滴(di)(di)(di)(di)進(jin)(jin)一(yi)步碰撞破碎(sui)的(de)(de)(de)(de)過(guo)(guo)(guo)程。，開展推(tui)(tui)進(jin)(jin)劑(ji)一(yi)次(ci)(ci)(ci)霧(wu)(wu)(wu)(wu)化(hua)與二(er)(er)(er)次(ci)(ci)(ci)霧(wu)(wu)(wu)(wu)化(hua)研究對于改(gai)進(jin)(jin)推(tui)(tui)進(jin)(jin)劑(ji)配方設計(ji)，提高(gao)發(fa)(fa)動機(ji)(ji)性(xing)能具(ju)有重(zhong)要(yao)作用(yong)。除液(ye)(ye)(ye)體火(huo)箭發(fa)(fa)動機(ji)(ji)內的(de)(de)(de)(de)噴(pen)注霧(wu)(wu)(wu)(wu)化(hua)，流(liu)(liu)(liu)體的(de)(de)(de)(de)碰撞霧(wu)(wu)(wu)(wu)化(hua)及流(liu)(liu)(liu)體液(ye)(ye)(ye)滴(di)(di)(di)(di)的(de)(de)(de)(de)聚合(he)破碎(sui)等現(xian)象在(zai)(zai)(zai)工業(ye)和自(zi)然界中廣泛(fan)存在(zai)(zai)(zai)，例如，汽車工業(ye)中內燃機(ji)(ji)內的(de)(de)(de)(de)燃料霧(wu)(wu)(wu)(wu)化(hua)，化(hua)學(xue)工業(ye)中的(de)(de)(de)(de)乳化(hua)、萃取，環保工業(ye)中的(de)(de)(de)(de)廢(fei)物處理(li)，自(zi)然界中雨雪的(de)(de)(de)(de)形成等，因此(ci)它們的(de)(de)(de)(de)預(yu)測和控制至關重(zhong)要(yao)。本書應用(yong)SPH方法對液(ye)(ye)(ye)滴(di)(di)(di)(di)碰撞、液(ye)(ye)(ye)滴(di)(di)(di)(di)在(zai)(zai)(zai)流(liu)(liu)(liu)場中的(de)(de)(de)(de)二(er)(er)(er)次(ci)(ci)(ci)破碎(sui)、液(ye)(ye)(ye)滴(di)(di)(di)(di)在(zai)(zai)(zai)氣固交界面的(de)(de)(de)(de)變形移動等典型過(guo)(guo)(guo)程進(jin)(jin)行了(le)數值模擬(ni)，在(zai)(zai)(zai)此(ci)基(ji)礎上，進(jin)(jin)一(yi)步模擬(ni)了(le)更為復雜的(de)(de)(de)(de)凝膠推(tui)(tui)進(jin)(jin)劑(ji)霧(wu)(wu)(wu)(wu)化(hua)過(guo)(guo)(guo)程。

兩股牛頓流(liu)體(ti)射流(liu)互擊(ji)過程實驗結果(guo)[5]和(he)計算結果(guo)對比(bi)

異種難溶液(ye)滴碰撞過(guo)程(cheng)中實驗形態[2]和(he)計算(suan)形態對比

SPH應用于鑄造充型領域

金屬液充(chong)(chong)型(xing)過程是(shi)復雜的(de)高溫、瞬時的(de)流(liu)動過程，飛濺(jian)、氧化等物理和(he)化學變化使鑄件(jian)內部(bu)容易(yi)產生(sheng)(sheng)缺(que)陷。直(zhi)接(jie)觀察金屬液的(de)充(chong)(chong)型(xing)狀態(tai)難度較(jiao)大，數值模(mo)(mo)擬(ni)技術對(dui)預(yu)測諸多鑄造缺(que)陷，如氣(qi)孔、夾渣、冷隔、澆不足等起(qi)到(dao)關鍵性作用，是(shi)優化模(mo)(mo)具設計、保證鑄件(jian)質量、改進工藝(yi)過程、降低生(sheng)(sheng)產成本的(de)有(you)效(xiao)(xiao)手段(duan)。為充(chong)(chong)型(xing)過程研(yan)究提供了一種高效(xiao)(xiao)、廉價的(de)方法，對(dui)研(yan)究金屬充(chong)(chong)型(xing)具有(you)不可替代的(de)作用。本書(shu)采(cai)用新型(xing)罰方法邊界力模(mo)(mo)型(xing)，對(dui)球形模(mo)(mo)具和(he)弓形模(mo)(mo)具填充(chong)(chong)過程進行(xing)了數值模(mo)(mo)擬(ni)研(yan)究。

S形型(xing)腔充型(xing)過程的SPH數值模擬結果(guo)和(he)實(shi)驗結果(guo)[9]對比(bi)

本文摘編自(zi)強洪夫著(zhu)《光滑粒(li)子(zi)流(liu)體動力學新方法及應用》一書文前部(bu)分，內容有刪節。

強洪夫著

光滑粒(li)子(zi)流(liu)體動(dong)力學新方法及(ji)應用

光滑粒子流(liu)體動力(li)(li)學(xue)（SPH ）方(fang)(fang)法(fa)是(shi)近年來興起并逐漸得到廣泛應(ying)用(yong)的(de)(de)一(yi)種數值模(mo)擬方(fang)(fang)法(fa)，對該方(fang)(fang)法(fa)進行研(yan)究(jiu)具有很大的(de)(de)科學(xue)價值和實(shi)際意義。本(ben)書是(shi)論述SPH 新(xin)方(fang)(fang)法(fa)及應(ying)用(yong)方(fang)(fang)面(mian)的(de)(de)一(yi)本(ben)專著，匯集了(le)作(zuo)者及其研(yan)究(jiu)團隊近20年來的(de)(de)研(yan)究(jiu)成(cheng)果和研(yan)究(jiu)經驗，系(xi)統闡(chan)述SPH 方(fang)(fang)法(fa)基礎理論、完全變光滑長度(du)SPH 方(fang)(fang)法(fa)、無(wu)網(wang)格(ge)局部間斷伽遼(liao)金(jin)方(fang)(fang)法(fa)、SPH 拉伸不穩(wen)定問題(ti)、SPH -FEM耦(ou)合算法(fa)、SDPH-FVM耦(ou)合算法(fa)、基于csf模(mo)型的(de)(de)表面(mian)張力(li)(li)算法(fa)以及SPH 方(fang)(fang)法(fa)固壁邊界(jie)模(mo)型等一(yi)系(xi)列新(xin)方(fang)(fang)法(fa)、新(xin)模(mo)型的(de)(de)思想和實(shi)現途(tu)徑，開拓(tuo)了(le)SPH 方(fang)(fang)法(fa)在爆炸模(mo)擬、沖擊動力(li)(li)學(xue)、水動力(li)(li)學(xue)、流(liu)體碰(peng)撞霧(wu)化問題(ti)以及鑄造充型等新(xin)領(ling)域中(zhong)的(de)(de)應(ying)用(yong)。本(ben)書敘述力(li)(li)求簡明扼要，重(zhong)點突(tu)出(chu)。