[發明專利]一種微波場混沌攪拌器的數值仿真分析方法

有效

• 申請號: 201710529702.2
• 申請日: 2017-07-02
• 公開（公告）號: CN107463728B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 楊曉慶;周杰;吳詩月
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 呂建平

1.一種微波場混沌攪拌器的數值仿真分析方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)在有限元分析軟件中繪制或插入微波場混沌攪拌器的幾何模型，對建立的微波場混沌攪拌器幾何模型進行網格劃分，得到微波場混沌攪拌器有限元模型；

(2)定義微波場混沌攪拌器幾何模型網格區域的控制方程和邊界約束方程；

(3)建立微波場混沌攪拌器中攪拌部件的隨機運動函數模型；

(4)求解微波場混沌攪拌器內的動態電磁場分布，包括以下分步驟：

(41)初始化，對步驟(1)得到的微波場混沌攪拌器有限元模型進行初始化，并設定電磁場求解程序運行時間；

(42)函數更新，將當前時刻代入步驟(3)獲得的攪拌部件隨機運動函數模型，獲取攪拌部件位移值，將其作為當前時刻攪拌部件網格節點位移值；并依據攪拌部件網格節點位移值獲得攪拌部件之外網格節點位移值，完成一次函數更新；

(43)網格移動，將步驟(42)獲取的當前時刻微波場混沌攪拌器網格節點位移值加載到網格上，完成網格移動；

(44)網格畸變判斷，判斷最小網格質量是否小于設定值，若小于設定值，網格發生畸變，進入步驟(47)；若不小于設定值，網格沒有發生畸變，進入步驟(45)；

(45)電磁場分布計算，根據步驟(43)獲得的移動之后的網格、邊界約束方程以及上一時刻得到的微波場混沌攪拌器的電磁場分布，利用有限元法求解控制方程獲得當前時刻微波場混沌攪拌器的電磁場分布；

(46)判斷是否達到設定運行時間，若達到設定運行時間，得到微波場混沌攪拌器的動態電磁場分布，任務完成；若沒有達到設定時間，在當前時刻基礎上增加設定時間間隔作為下一個當前時刻，然后返回步驟(42)；

(47)網格重構，依據攪拌部件當前時刻的位移值，獲取當前時刻攪拌部件的坐標值，再根據網格劃分原理對攪拌器的幾何模型進行剖分，得到重構后的幾何模型網格，并以網格畸變時刻為當前時刻返回步驟(42)。

2.根據權利要求1所述微波場混沌攪拌器的數值仿真分析方法，其特征在于當步驟(1)中插入的微波場混沌攪拌器幾何模型為三維幾何模型時，將三維幾何模型沿微波場混沌攪拌器入射波導軸向取橫截面，得到簡化的二維幾何模型。

3.根據權利要求2所述微波場混沌攪拌器的數值仿真分析方法，其特征在于當微波場混沌攪拌器幾何模型為二維幾何模型時，網格劃分為三角形單元或四邊形單元。

4.根據權利要求1所述微波場混沌攪拌器的數值仿真分析方法，其特征在于所述步驟(1)建立微波場混沌攪拌器有限元模型，包括定義微波場混沌攪拌器中攪拌部件材料屬性、微波場混沌攪拌器腔體內空間介質屬性以及定義空間框架坐標系和材料框架坐標系。

5.根據權利要求1所述微波場混沌攪拌器的數值仿真分析方法，其特征在于所述步驟(2)中，微波場混沌攪拌器所在幾何模型網格區域的控制方程為：

其中，E為電場強度，k₀自由空間的波矢、μ_r為相對磁導率，ε_r為相對介電常數，ε₀為真空中的介電常數，σ為電導率，ω為角頻率，j為虛數

邊界約束方程為：

其中，H為磁場強度，E為電場，n為法向矢量，μ₀為真空中的磁導率，μ₀為真空中的磁導率，μ_r為相對磁導率，ε_r為相對介電常數，ε₀為真空中的介電常數，σ為電導率，ω為角頻率。

6.根據權利要求1至5任一權利要求所述微波場混沌攪拌器的數值仿真分析方法，其特征在于通過MATLAB數學分析軟件的隨機函數定義微波場攪拌器中攪拌部件的隨機運動。