第35卷第5期 Vol.35 No.5
水利水电科技进展
Advances in Science and Technology of Water Resources
D0I;10.3880/j. issn.1006 7647.2015.05.005
光滑粒子水动力学在水利与海洋工程中的
应用研究进展林鹏智',刘鑫？
（1.四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，四川成都610065；
2.河海大学港口海岸与近海工程学院，江苏南京210098）
2015年9月 Sep.2015
摘要：将光滑粒子水动力学（smoothedparticlehydrodynamics，SPH）在水利及海洋工程中的应用分为纯水流模拟、流固耦合模拟、泥沙模拟和水气两相流模拟4大类问题，系统地介绍了SPH在解决这些问题时的技术手段与研究现状，指出了SPH独特的计算方法及其在处理无反射造波、进出流边界、流固界面运动、底床冲刷等问题中面临的困难，阐述了不同类型的SPH模型的优缺点，总结了SPH在过去十几年的发展特点，并提出未来SPH在水动力学领域的发展方向应该集中在开发高精度与高效率的新算法模型、成熟的紊流模型和高效的并行计算模型方面。
关键词：光滑粒子水动力学：波浪；流固合；泥沙输运；两相流；水利工程；海洋工程
中图分类号：TV131.2
文献标志码：A
文章编号：1006-7647（2015)05-0036-11
Recent advances of application of smoothed particle hydrodynamics in hydraulic and ocean engineering//LIN Pengzhi',LIU Xin'( 1. State Key Laboratory of Hydraulies and Mountain Riner Engineering, Sichuan Uninersity, Chengda 610065 China; 2. College of Harbour, Coastal and Offshore Engineering, Hohai Uniwersity, Nanjing 210098, China)
Abstract : In this paper, the application of smoothed particle hydrodynamics ( SPH) in hydraulic and ocean engineering is divided into four categories : wave and current simulation, fluid-solid coupling simulation, sediment transport simulation and water-air two-phase flow simulation. The paper describes the research status and corresponding technical treatments of SPH application, especially with regard to the difficulties of non-reflection wave generation, inflow and outflow boundaries. fluid-solid interface movement, and bed scour; elaborates on the advantages and disadvantages of different SPH models ; summarizes the development characteristics of SPH over the past decade; and proposes that the future work on SPH application in the hydraulics field focus on developing a high-aceuracy and efficient algorithm model, mature turbulence model, and parallel computing model.
Key words : smoothed particle hydrodynamics ; wave; fluid-solid coupling; sediment transport; two-phase flow; hydraulic engineering; ocean engineering
光滑粒子水动力学简介 1
近年来，随着计算机硬件技术的不断进步，各种
新的数值模拟方法逐新被科研和工程领域重视并得到了广泛应用，其中光滑粒子水动力学（smoothed particlehydrodynamics，SPH）是最具代表性的一种。不同于传统的基于欧拉网格的数值计算方法，SPH 基于拉格朗日系统建立控制方程，在整个模拟过程可以完全不依赖计算网格]，这使得SPH具有一些网格法所不具有的优势，如适于模拟具有复杂或者大变形自由面的水流问题和处理具有复杂流固交界面甚至是运动结构物的流固耦合问题。自SPH在
1977年被两位学者[23]独立提出开始，其应用范围已经从最初的天体物理学发展到目前的流体动力学问题。
1.1拉格朗日描述的控制方程
在计算流体运动时，SPH通过求解Navier-Stokes方程（N-S方程）或它的其他演化形式（如水深平均的浅水方程等）解决问题。拉格朗日描述下的一般形式的N-S方程如下：
+=0 p d
=-p+g +u dp
(1)(2)
基金项目：国家重点基础研究发展计划（973计划）（2013CB036401）；中国博士后基金（2014M552358）；国家自然科学基金（51479126）作者简介：林鹏智（1969—），男，四川成都人，教授，博士，主要从事水力学数值模型研究。E-mail；evelinpz@126.com
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水利水电科技进展,2015,35(5）Tel:025-83786335E-mail;jz@hhu.edur.cnhttp://weae.hehaiqikan.cn