平滑颗粒流体动力学 (SPH)

平滑颗粒流体动力学 (SPH) 是一种数值方法，它克服了基于网格的模型出现的与体网格划分相关的限制。SPH 将流体表示为具有随流体移动的材料属性的颗粒集合，因此非常适合具有高动态自由表面流的应用。

SPH 方法的显著特点是无需体网格即可模拟流体的发展。相反，SPH 将流体离散为动态的基本点（称为颗粒），颗粒之间没有预定义的连接。SPH 中的基本概念是内核（平滑）函数，该函数考虑了指定半径范围内相邻颗粒之间的相互影响。

SPH 模型使用表面区域来表示计算域，只需要表面网格与流体相互作用。通过使用在边界表面上引入的虚拟颗粒来模拟边界相互作用，以表示物理边界对流体的影响。

Simcenter STAR-CCM+ 中的 SPH 模型使用相模型定义液体颗粒。颗粒尺寸（离散长度）定义流体域中颗粒的间距，而颗粒体积离散化通过使用离散颗粒部分或完全填充流体体积来实现。这些颗粒可以均匀分布或自适应细化，以提高分辨率并优化计算时间。SPH 模型提供了自适应颗粒细化的选项，可在用户自定义的几何准则内动态调整颗粒尺寸。

在 SPH 中，自由表面由颗粒的拉格朗日架构来定义。由于气相中不含颗粒，自由表面的压力为零，因此无需明确定义自由表面。具有不完整邻域的任何点随后都会自动识别为自由表面附近的点。

在 SPH 多相流体模拟中，相间相互作用考虑了离散（液体）相和非离散相（通常为空气）之间交界面处的相互作用。相间相互作用模型提供了用于定义特定相互作用的选项，例如表面张力效应。

SPH 特别适用于快速的动态流和复杂的边界，包括具有断裂和重新连接的交界面，如破碎的波浪、射流和飞溅以及移动部件。