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MPS方法数值模拟液舱晃荡问题
摘要
本文主要研究了MPS方法数值模拟液舱晃荡问题。首先，介绍了MPS方法的原理和特点，包括粒子离散和流体连续性方程求解。然后，针对液舱晃荡问题，构建了基于MPS方法的数值模拟模型。最后，通过数值实验验证了模型的可靠性和精确性。
关键词：MPS方法；液舱晃荡；数值模拟
1.引言
液体舱晃荡是影响船舶稳定性和安全的重要因素之一。在海运中经常会发生由于波浪或海况等外部因素导致船舶液体负载晃动，影响船舶的稳定性和操纵性。
数值模拟是研究液舱晃荡问题的重要方法之一。近年来，随着计算机技术的不断发展，基于计算流体力学（CFD）的数值模拟方法越来越受到关注。其中，MPS（MovingParticleSemi-implicit）方法因其粒子离散、无网格化及高精度等特点，已成为CFD领域中的研究热点。
本文将介绍MPS方法的原理和特点，并构建基于MPS方法的数值模拟模型，用于研究液舱晃荡问题。通过数值实验验证模型的可靠性和精确性。
2.MPS方法的原理和特点
MPS方法是一种基于粒子离散和流体连续性方程求解的数值模拟方法。它通过对流体流动进行离散化，将流体视为一系列质点，并针对每个粒子求解其速度和压力等参数，实现流体流动的数值模拟。
MPS方法的主要特点包括：
（1）精度高：MPS方法采用粒子离散化的方式，避免了传统网格化方法中由于网格剖分不充分而导致的数值误差。
（2）无网格化：MPS方法不需要网格化，避免了传统网格化方法中由于网格单元不规则等问题带来的计算困难。
（3）计算效率高：MPS方法在计算流体力学领域有着高效的计算速度和较小的计算量，对于流体模拟的高精度和高效性需求得到了很好的满足。
（4）易于扩展：MPS方法可以灵活地处理不同领域的物理问题，如自由表面流、多相流、燃烧流等，具有很好的通用性。
3.基于MPS方法的液舱晃荡数值模拟模型
针对液舱晃荡问题，本文构建了基于MPS方法的数值模拟模型。该模型主要包括以下步骤：
（1）初始化：将液舱划分为一系列粒子，并确定粒子的初始位置、质量和速度等参数。
（2）计算速度：根据MPS方法中的连续性方程和Navier-Stokes方程，求解每个粒子的速度和压力等参数。
（3）更新位置：将每个粒子的位置根据其速度进行更新，得到下一个时刻的粒子位置和速度等参数。
（4）边界处理：对于液舱的边界，采用TLBC（TransmissiveBoundaryCondition）边界处理方法。
（5）迭代计算：重复执行步骤（2）-（4），直到达到设定的迭代次数或收敛精度。
本文构建的液舱晃荡数值模拟模型主要通过求解连续性方程和Navier-Stokes方程来模拟液舱的晃荡过程。其中，连续性方程表示了质量守恒定律，Navier-Stokes方程描述了液体流动的运动规律。
4.数值实验及结果分析
为了验证本文构建的液舱晃荡数值模拟模型的可靠性和精确性，本文进行了一系列数值实验，并与传统的计算流体力学方法进行了对比。
实验结果表明，本文构建的基于MPS方法的液舱晃荡数值模拟模型可以准确模拟液舱的晃荡过程，并能够精确预测液体负载晃动的幅度和频率等参数。与传统的计算流体力学方法相比，MPS方法具有更高的精度和更小的计算量，可实现更高效的数值模拟。
5.结论
本文主要研究了MPS方法数值模拟液舱晃荡问题，构建了基于MPS方法的数值模拟模型，并通过数值实验验证了模型的可靠性和精确性。研究结果表明，MPS方法在液舱晃荡问题的数值模拟中具有优异的性能，可用于提高船舶安全性和稳定性的研究和应用。
参考文献
[1]Liu,G.R.,&Liu,M.B.(2010).Smoothedparticlehydrodynamics:ameshfreeparticlemethod.WorldScientific.
[2]Monagbanon,C.D.,&Desai,K.D.(2016).Anexperimentalandnumericalstudyofsloshinginrectangulartanksfordifferentfilllevels.JournalofHydrodynamics,28(3),397-405.
[3]Yang,J.,Li,Y.,&Wang,Y.(2018).NumericalsimulationofsloshingbasedonMPSmethod.JournalofHarbinEngineeringUniversity,39(3),393-398.