The moving particle simulation (MPS) method has proved to be an effective technique to model fluid flows with free surfaces. However, it still remains a challenging task to treat the wall boundary problem with complicated geometries accurately and robustly. The purpose of this work is to propose a two-dimensional ghost cell boundary model for the explicit MPS method to achieve this end. The appeal of the novel model lies in providing an easy and natural treatment for the wall boundary of complicated shapes. On one hand, the wall boundary can be easily represented by using ghost cells of different sizes or shapes (e.g. triangles and quadrilaterals in two dimensions), and ghost cells are constructed in the pre-processing phase. On the other hand, the particle-cell interaction can be modeled by an integral version of the MPS model that requires the specific area of each cell, while the particle-particle interaction near wall boundary is still handled by the conventional version of the MPS model via assuming that each particle takes the same area. In this manner, the particle-cell interaction is modeled naturally. Two numerical examples, i.e. the hydrostatic and dam break tests, are performed to validate the effectiveness of the proposed model, where the effects of the distribution of ghost cells are also numerically investigated. Finally, a numerical case considering a star-shaped obstacle in dam break flows is carried out to demonstrate the capacity of the novel model in dealing with the wall boundary problem with complicated geometries.

中文翻译：

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二维显式运动粒子模拟方法的一种新的鬼细胞边界模型

运动粒子模拟 (MPS) 方法已被证明是一种模拟具有自由表面的流体流动的有效技术。然而，准确而稳健地处理具有复杂几何形状的壁面边界问题仍然是一项具有挑战性的任务。这项工作的目的是为显式 MPS 方法提出一个二维鬼细胞边界模型来实现这一目标。新模型的吸引力在于为复杂形状的墙边界提供了简单自然的处理。一方面，墙边界可以很容易地用不同大小或形状（例如二维三角形和四边形）的鬼单元来表示，并且鬼单元是在预处理阶段构建的。另一方面，粒子-细胞相互作用可以通过需要每个细胞的特定面积的 MPS 模型的积分版本进行建模，而壁边界附近的粒子-粒子相互作用仍然由传统版本的 MPS 模型通过假设每个粒子占用相同的区域。以这种方式，自然地模拟了粒子-细胞相互作用。两个数值例子，即静水压试验和溃坝试验，被用来验证所提出模型的有效性，其中也对鬼细胞分布的影响进行了数值研究。最后，进行了考虑溃坝流中星形障碍物的数值案例，以证明新模型处理具有复杂几何形状的墙边界问题的能力。而壁边界附近的粒子-粒子相互作用仍然由传统版本的 MPS 模型通过假设每个粒子占据相同的面积来处理。以这种方式，自然地模拟了粒子-细胞相互作用。两个数值例子，即静水压试验和溃坝试验，被用来验证所提出模型的有效性，其中也对鬼细胞分布的影响进行了数值研究。最后，进行了考虑溃坝流中星形障碍物的数值案例，以证明新模型处理具有复杂几何形状的墙边界问题的能力。而壁边界附近的粒子-粒子相互作用仍然由传统版本的 MPS 模型通过假设每个粒子占据相同的面积来处理。以这种方式，自然地模拟了粒子-细胞相互作用。两个数值例子，即静水压试验和溃坝试验，被用来验证所提出模型的有效性，其中也对鬼细胞分布的影响进行了数值研究。最后，进行了考虑溃坝流中星形障碍物的数值案例，以证明新模型处理具有复杂几何形状的墙边界问题的能力。粒子-细胞相互作用是自然建模的。两个数值例子，即静水压试验和溃坝试验，被用来验证所提出模型的有效性，其中也对鬼细胞分布的影响进行了数值研究。最后，进行了考虑溃坝流中星形障碍物的数值案例，以证明新模型处理具有复杂几何形状的墙边界问题的能力。粒子-细胞相互作用是自然建模的。两个数值例子，即静水压试验和溃坝试验，被用来验证所提出模型的有效性，其中也对鬼细胞分布的影响进行了数值研究。最后，进行了考虑溃坝流中星形障碍物的数值案例，以证明新模型处理具有复杂几何形状的墙边界问题的能力。