[發(fā)明專利]基于流體體積模型模具微細(xì)流道磨料流精密加工控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010159341.5
• 申請日: 2010-04-29
• 公開（公告）號: CN101833605A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 計時鳴;唐波;譚大鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;王利強(qiáng)

1.一種基于流體體積模型模具微細(xì)流道磨料流精密加工控制方法，其特征在于：所述模具微細(xì)流道磨料流精密加工控制方法包括以下步驟：

(1)、建立磨料流運(yùn)動的數(shù)學(xué)模型，控制方程組如下所示：

1.1)體積分?jǐn)?shù)方程：跟蹤相與相之間的界面是通過求解一相或多相的體積分?jǐn)?shù)的連續(xù)方程來完成的，對第q相方程如下：

∂αq∂t+vq▿αq=Sαqρq+1ρqΣp=12(m·pq-m·qp)---(1)]]>

式中：α_q是第q相的體積分?jǐn)?shù)；v_q是q相的速度；ρ_q是第q相的物理密度；是α_q的源項；是p相到q相得質(zhì)量輸送，是q相到p相得質(zhì)量輸送；主相體積分?jǐn)?shù)的計算基于如下的約束：Σq=12αq=1;]]>

1.2)屬性方程：如果第二相的體積分?jǐn)?shù)被跟蹤，那么每一單元中的密度由式：

ρ＝α₂ρ₂+α₁ρ₁????????????(2)

1.3)動量方程：

∂∂t(ρv→)+▿·(ρv→v→)=-▿p+▿·[μ(▿v→+▿v→T)]+ρg→+F→---(3)]]>

式中：ρ為體積分?jǐn)?shù)平均密度；p是流體微元體積上的壓力(靜壓)；μ為物質(zhì)的粘性；為重力加速度；為體積力；

1.4)能量方程：

能量方程是各相共享的，表示如下：

∂∂t(ρE)+▿·[v→(ρE+p)]=▿·(keff▿T)+Sh---(4)]]>

VOF模型處理能量E和溫度T，作為質(zhì)量平均變量：

E=Σq=1nαqρqEqΣq=1nαqρq---(5)]]>

每一相的E_q是基于該相的比熱和共享溫度；

1.5)附加的標(biāo)量方程：

采用湍流流動加工，采用了SST湍流模型，湍動能方程k為：

∂ρk∂t+div[ρvk-(μ+μtσk1)▿k]=G-β′ρkω---(6)]]>

湍流頻率ω方程為：

∂ρω∂t+div[ρvω-(μ+μtσω1)▿ω]=α1ωGk-β1ρω2---(7)]]>

使用選擇器

G‾=min(G,climϵ)]]>c_lim＝10????????(8)

將k-ε湍流模型進(jìn)行變形：

∂ρk∂t+div[ρvk-(μ+μtσk2)▿k]=G-β′ρkω---(9)]]>

∂ρω∂t+div[ρvω-(μ+μtσω2)▿ω]=α2ωGk-β2ρω2+2ρσω2ω▿k▿ω---(10)]]>

將基本的k-ω模型、變形后的k-ε湍流模型分別乘以函數(shù)F₁和1-F₁，得到SST湍流模型：

Ф₃＝F₁Ф₁+(1-F₁)Ф₂????????(11)

式中Ф₁為基本的k-ω模型；

Ф₂為變形的k-ε湍流模型；

F1=tanh(arg14)]]>

arg1=min[max(kβ′ωy,500υy2ω),4ρσω2kCDkωy2]]]>

μt=ρa1kmax(a1ω,SF2)]]>

F2=tanh(arg22)]]>

arg2=max(2kβ′ωy,500υy2ω)]]>

y為近壁節(jié)點(diǎn)最近距離；

υ為運(yùn)動粘度；

常數(shù)及經(jīng)驗(yàn)系數(shù)如下：

β′＝0.09???α₁＝5/9???σ_k1＝2

β₁＝0.075???α₂＝0.44??σ_ω1＝2

β₂＝0.0828??σ_k2＝1????σ_ω2＝0.856；

(2)、磨料流的求解過程，具體包括：

2.1)始條件和邊界條件；

2.2)、網(wǎng)格的劃分：不同的計算區(qū)域采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格相結(jié)合的方法來劃分網(wǎng)格；

2.3)、建立離散方程，通過數(shù)值的方法把計算區(qū)域內(nèi)有限數(shù)量位置上的因變量當(dāng)作未知量來處理，從而建立一組關(guān)于未知量的代數(shù)方程，然后通過求解代數(shù)方程組來得到節(jié)點(diǎn)值，而計算區(qū)域內(nèi)的其他位置上的值則根據(jù)節(jié)點(diǎn)位置上的值來確定；

2.4)、離散初始條件和邊界條件：如在靜止壁面上速度為0，針對所生成的網(wǎng)格，將連續(xù)型的初始條件和邊界條件轉(zhuǎn)化為特定節(jié)點(diǎn)上的值；

2.5)、給定求解控制參數(shù)：在離散空間上建立離散化的代數(shù)方程組，并施加離散化的初始條件和邊界條件，給定流體的物理參數(shù)和湍流模型的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)、迭代計算的控制精度、瞬態(tài)問題的時間步長和輸出頻率；

2.6)、求解離散方程：對生成的具有定解條件的代數(shù)方程組進(jìn)行求解；

2.7)、斷解的收斂：對于穩(wěn)態(tài)問題的解，或是瞬態(tài)問題在某個特定時間步上的解，通過多次迭代得到；對于瞬態(tài)問題，若采用顯式格式進(jìn)行時間域上的積分得到；在求解值達(dá)到指定精度后，結(jié)束迭代過程。