[發明專利]一種氣泡羽流湍流閉合的方法

有效

• 申請號: 201911335006.3
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111191394B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 潘青青
• 申請（專利權）人: 國家海洋環境預報中心
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 王闖

1.一種氣泡羽流湍流閉合的方法，其特征是，包括：

a、基于氣液兩相的雙向力耦合，從氣泡羽流的控制方程推導出湍動能輸運方程中與氣泡相關的源項，并模型化；

b、構建自由界面湍流模型，并推導出自由界面對湍流影響的源項；

c、基于標準的k-epsilon湍流方程、湍流輸運方程中與氣泡相關的源項和自由界面對湍流影響的源項，構建新的湍流模型；

d、采用歐拉-拉格朗日-自由界面追蹤的CFD模型模擬氣泡羽流，結合物理實驗，驗證新的湍流模型；

所述步驟a包括：從氣泡羽流的質量和動量守恒方程出發，推導獲得湍動能輸運方程中與氣泡相關的源項，并模型化湍流耗散率方程中對應的源項；

依據牛頓第三定律，動量方程中氣泡對單位體積液相的拖曳力通過統計氣泡所受到的拖曳力獲得：

式中，為氣泡作用在單位體積液相f上的拖曳力，V_cell為液相單元的體積，F_D,m為第m個氣泡所受到的拖曳力，N為液相單元內的氣泡的個數，F_D為單個氣泡受到的拖曳力，α_b為液相單元內氣泡的體積占比，V_b為單個氣泡的體積，d_b為氣泡的直徑，C_D為拖曳系數，ρ_f為液相的密度，為液相的平均速度，為液相單元內氣泡的平均速度。

2.根據權利要求1所述的氣泡羽流湍流閉合的方法，其特征是：通過對質量和動量守恒方程的推導，得到拖曳力在湍動能輸運方程中的源項

式中，為氣液相間的平均滑移速度。

3.根據權利要求1所述的氣泡羽流湍流閉合的方法，其特征是：所對應的湍流耗散率方程中的源項通過特征時間τ_wake以及系數獲得，其中特征時間由氣泡引起湍流的特征長度l_wake除以氣泡引起的湍流均方根速度得到；

l_wake＝κd_b (3)

式中，κ為von Karman系數，k_wake為氣泡引起的湍動能，0δ1為氣泡引起湍流的強度。

4.根據權利要求1所述的氣泡羽流湍流閉合的方法，其特征是，所述步驟b包括：依據Naot和Rodi界面湍流模型，改進標準的k-epsilon湍流模型以適用于自由界面。

5.根據權利要求4所述的氣泡羽流湍流閉合的方法，其特征是：自由界面的湍流特征長度l₀通過液相單元到自由界面的物理距離l_s獲得；通過l₀與湍流耗散率ε之間的關系，可以得到修正的耗散率ε_new；自由界面對湍流的影響通過湍流耗散率方程中的源項S_damping來實現；

l₀＝κl_s (7-1)

式中，υ_tur為湍流運動粘度，C_μ為模型經驗常數，取值為0.9，k為湍動能，C_damping為模型系數。