Smoothed Particle Hydrodynamics:粒子的奇怪聚类。这正常吗?

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[我使用三次样条内核和简单的非迭代压力求解器实现了相当简单的SPH仿真,如方程式9中的in this PDF所述。我遵循了该论文的算法1(包括重力)。

产生的粒子行为肯定是类似流体的(如从这种简单的压力求解器中获得的可压缩性相当大)。但是,正如您在this screenshot中看到的那样,当处于平衡状态时,粒子没有均匀地散布,而是排列成大约3个粒子的小簇。

这是正常行为吗?这对我来说似乎很奇怪,所以我想确保这是正确的,否则有人会知道这里可能出什么问题。

simulation fluid fluid-dynamics
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屏幕快照显示了所谓的pairing instability,它是SPH计算中最常见的不稳定问题之一。

对不稳定性是应用钟形核函数的平滑半径太大的结果。由于至少三阶多项式核函数具有感染点,彼此之间距离太近的粒子会受到越来越小的排斥力并逐渐粘在一起。可以通过选择合适的平滑半径来解决这个问题,以达到相当理想的邻居数,这取决于所应用的核函数,但通常在2D中约为25。

您可以阅读有关SPH模拟here的配对不稳定性和其他问题的信息。第9页简要讨论了配对不稳定性。

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