Método semiimplícito de partículas móviles

El método de partículas móviles semiimplícito ( MPS ) es un método computacional para la simulación de flujos incompresibles de superficie libre . Es un método de partículas macroscópico y determinista ( método lagrangiano sin malla ) desarrollado por Koshizuka y Oka (1996) .

El método MPS se utiliza para resolver las ecuaciones de Navier-Stokes en un marco lagrangiano. Se aplica un método de pasos fraccionarios que consiste en dividir cada paso de tiempo en dos pasos de predicción y corrección. El fluido se representa con partículas, y el movimiento de cada partícula se calcula en función de las interacciones con las partículas vecinas mediante una función núcleo. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} El método MPS es similar al método SPH ( hidrodinámica de partículas suavizadas ) ( Gingold y Monaghan, 1977 ; Lucy, 1977 ) en que ambos métodos proporcionan aproximaciones a la forma fuerte de las ecuaciones diferenciales parciales (EDP) en base a interpolantes integrales. Sin embargo, el método MPS aplica modelos de operadores diferenciales simplificados basados ​​únicamente en un proceso de promedio ponderado local sin tomar el gradiente de una función núcleo. Además, el proceso de solución del método MPS difiere del del método SPH original, ya que las soluciones a las EDP se obtienen mediante un proceso de predicción-corrección semi-implícito en lugar del proceso totalmente explícito del método SPH original.

A lo largo de los últimos años, el método MPS se ha aplicado en una amplia gama de aplicaciones de ingeniería, incluida la ingeniería nuclear (p. ej., Koshizuka et al., 1999 ; Koshizuka y Oka, 2001; Xie et al., 2005 ), ingeniería costera (p. ej., Gotoh et al., 2005 ; Gotoh y Sakai, 2006 ), hidráulica ambiental (p. ej., Shakibaeina y Jin, 2009 ; Nabian y Farhadi, 2016 ), ingeniería oceánica ( Shibata y Koshizuka, 2007 ; Sueyoshi et al., 2008 ; Zuo et al. 2022 ), ingeniería estructural (p. ej., Chikazawa et al., 2001 ), ingeniería mecánica (p. ej., Heo et al., 2002 ; Sun et al., 2009 ), bioingeniería (p. ej., Tsubota et al., 2006 ) y la ingeniería química (por ejemplo, Sun et al., 2009 ; Xu y Jin, 2018 ).

Se han propuesto versiones mejoradas del método MPS para mejorar la estabilidad numérica (p. ej., Koshizuka et al., 1998 ; Zhang et al., 2005 ; Ataie-Ashtiani y Farhadi, 2006 ; Shakibaeina y Jin, 2009 ; Jandaghian y Shakibaeinia, 2020 ; Cheng et al. 2021 ), conservación del impulso (p. ej., MPS hamiltoniano de Suzuki et al., 2007 ; MPS corregido por Khayyer y Gotoh, 2008 ; MPS mejorado por Jandaghian y Shakibaeinia, 2020 ), conservación de energía mecánica (por ejemplo, MPS hamiltoniano por Suzuki et al., 2007 ), cálculo de presión (por ejemplo , Khayyer y Gotoh, 2009 , Kondo y Koshizuka, 2010 , Khayyer y Gotoh, 2010). , Xu y Jin, 2019 ), y para la simulación de flujos multifásicos y granulares ( Nabian y Farhadi 2016 ; Xu y Jin, 2021 ; Xu y Li, 2022 ).

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Específico

• Laboratorio del profesor Seiichi Koshizuka en la Universidad de Tokio, Japón.
• Laboratorio del profesor Hitoshi Gotoh en la Universidad de Kioto, Japón.
• MPS-RYUJIN de Fuji Technical Research