[發明專利]彎曲邊界上的低雷諾數不可壓縮流中的壓力差的仿真方法

有效

• 申請號: 201310428248.3
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN103473418B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發明（設計）人: 梁朝湘;張超英;劉海燕;黃寄洪;冀肖榆;時偉
• 申請（專利權）人: 梧州學院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 廣州市越秀區海心聯合專利代理事務所(普通合伙)44295
• 代理人: 黃為,蔡國

技術領域

本發明涉及計算機仿真技術領域，更具體地說，特別涉及一種彎曲邊界上低雷諾數不可壓縮流中壓力差的仿真方法。

背景技術

應用光滑粒子流體動力學(Smoothed?Particle?Hydrodynamics?，簡稱SPH)模擬低雷諾數不可壓縮流時，求解驅動流體運動的壓力梯度是很重要的，因為壓力在Navier-Stokes方程中只是表現為梯度。在弱可壓縮SPH（Weakly?Compressible?SPH，簡稱WCSPH）算法中，總壓力通常被分解為動態壓力和靜水壓力，因此總壓力的梯度也就可以通過這兩個壓力的梯度來獲得。

對于WCSPH方法來說，模擬動態壓力梯度是簡單而又直接的，而靜水壓力梯度通常被看作是一個體積力。Morris在1997年用WCSPH研究了低雷諾數不可壓縮流，他的測試算例是Poiseuille流和繞柱流，所得的結果與有限差分法的結果吻合得很好。劉謀斌和他的同事在2005年用有限粒子法也模擬了Poiseuille流，結果也相當不錯。他們都把靜水壓力梯度（或者靜水壓力差）轉化為體積力。

對于邊界平直的低雷諾數不可壓縮流，這個轉化是簡單的，因為在這些情形中，流場中的靜水壓力梯度是一個常數，相應的體積力可以簡單地由入口與出口的壓力之差除以流場的長度來得到。然而，對于邊界彎曲的低雷諾數不可壓縮流來說，靜水壓力梯度是不均勻的，各處的靜水壓力梯度并不是常數，怎樣計算各處相應的體積力就成了一個問題。因此，需要研究一種彎曲邊界上低雷諾數不可壓縮流中壓力差的仿真方法。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術存在不能處理彎曲邊界上的低雷諾數不可壓縮流中的壓力差的技術問題，提供一種彎曲邊界上的低雷諾數不可壓縮流中的壓力差的仿真方法。?

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

彎曲邊界上的低雷諾數不可壓縮流中的壓力差的仿真方法，包括計算模塊和輸出模塊，在該方法中，計算模塊給定一低雷諾數不可壓縮流，該低雷諾數不可壓縮流在具有曲線邊界的管道內流動，所述的具有曲線邊界的管道為軸對稱的、非平直的并且管道壁為固壁邊界的管道，且該管道的出入口兩端壓差為△p，其中△p?=?p₁－p₂，p₁為入口處的壓力、p₂為出口處的壓力，并采用以x和r分別表示軸向坐標和徑向坐標的柱坐標系，，該方法具體包括以下步驟，

步驟S1、計算模塊對于上述給定的低雷諾數不可壓縮流，判斷公式（1）是否成立，

ϵ=δx0<<1,]]>R0x0=O]]>或R₀<<?x₀，L>>?R₀，R_e<1????????????（1）；

其中，δ為壁厚，x₀為任意一點的軸向坐標，R₀為管道平直處的半徑，L為管道的長度，R_e為雷諾數；

步驟S2、若步驟S1中判斷公式（1）成立，計算模塊在模擬流場中生成或繼承粒子（這是因為在剛開始模擬時是生成粒子，而后面的模擬中是繼承粒子），并采用多邊界切線技術處理固壁邊界，根據該技術的需要隨之生成虛擬粒子；

步驟S3、計算模塊根據公式（2）計算每個粒子在任意位置x點處的體積力F_A2，并且入口處的體積力F_A1?由公式（3）確定；