[發(fā)明專(zhuān)利]一種多相流計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911377984.4
• 申請(qǐng)日: 2019-12-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111241742B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張斌;張盛豐;劉曉星;單建強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/25
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/25;G06F30/28;G06F119/14
• 代理公司: 西安通大專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 高博

1.一種多相流計(jì)算方法，其特征在于，使用網(wǎng)格法和移動(dòng)粒子法混合的方式計(jì)算多相流，網(wǎng)格部分使用的內(nèi)部約束插值/多矩法把粘性流體的控制方程分為對(duì)流項(xiàng)和非對(duì)流項(xiàng)進(jìn)行分步求解，并且把網(wǎng)格的中心速度傳遞給混合方法的粒子計(jì)算部分，之后再進(jìn)行粒子部分的計(jì)算對(duì)粒子位置進(jìn)行修正，修正后再根據(jù)界面附近的網(wǎng)格內(nèi)的粒子數(shù)密度得到網(wǎng)格的顏色函數(shù)的值；混合方法中粒子布置在多相流的相界面附近，在數(shù)值模擬計(jì)算中整個(gè)計(jì)算區(qū)域使用網(wǎng)格法計(jì)算，在包含多相流相界面所在網(wǎng)格在內(nèi)密度大的一相中的四網(wǎng)格內(nèi)使用移動(dòng)粒子法計(jì)算，拉格朗日部分的粒子計(jì)算完畢后根據(jù)相界面處網(wǎng)格內(nèi)實(shí)際粒子數(shù)密度與初始數(shù)密度的比值修正網(wǎng)格法中的顏色函數(shù)的值，如果達(dá)到模擬時(shí)間，實(shí)現(xiàn)多相流的計(jì)算，具體步驟如下：

首先確定計(jì)算區(qū)域，輸入物性參數(shù)及相應(yīng)的邊界條件；

使用約束插值守恒的半拉格朗日方法求解歐拉坐標(biāo)系下控制方程的對(duì)流部分；

求解歐拉坐標(biāo)系下非對(duì)流部分的壓力泊松方程，更新網(wǎng)格部分下個(gè)時(shí)間步的數(shù)值；

將網(wǎng)格部分的速度傳遞給粒子計(jì)算部分進(jìn)行修正，得到新的粒子位置，根據(jù)粒子部分計(jì)算結(jié)果更新界面附近網(wǎng)格的顏色函數(shù)值，達(dá)到模擬時(shí)間后完成多相流數(shù)值模擬計(jì)算。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相流計(jì)算方法，其特征在于，對(duì)流部分中粘性流體的控制方程為：

其中，ρ是密度，是速度，p是壓力，μ是動(dòng)力粘度，是動(dòng)量，θ是網(wǎng)格體積分?jǐn)?shù)，g為重力加速度。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多相流計(jì)算方法，其特征在于，對(duì)流項(xiàng)方程組為：

使用約束插值守恒的半拉格朗日方法求解得到下一個(gè)時(shí)間步的以及的值，和是下一個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格密度的體積積分平均和面積積分平均，和是臨時(shí)的網(wǎng)格動(dòng)量的體積積分平均和面積積分平均。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相流計(jì)算方法，其特征在于，求解歐拉坐標(biāo)系下非對(duì)流部分的壓力泊松方程具體為：

網(wǎng)格部分粘性流體控制方程的半離散非對(duì)流項(xiàng)方程為：

非對(duì)流部分計(jì)算如下：

壓力的泊松方程計(jì)算如下：

其中，mⁿ⁺¹為下一時(shí)刻的動(dòng)量，pⁿ⁺¹為下一個(gè)時(shí)刻的壓力值，為對(duì)流部分計(jì)算得到的臨時(shí)速度，ρⁿ⁺¹為下一個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格密度，是對(duì)流部分計(jì)算得到的臨時(shí)動(dòng)量。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多相流計(jì)算方法，其特征在于，更新下一個(gè)時(shí)刻的網(wǎng)格的動(dòng)量面積積分平均和體積積分平均具體為：

下一個(gè)時(shí)刻網(wǎng)格的動(dòng)量面積積分平均為：

其中，是下一個(gè)時(shí)刻的i+1網(wǎng)格的壓力體積積分平均，是上一個(gè)時(shí)刻的i網(wǎng)格的壓力體積積分平均；

動(dòng)量的下一個(gè)時(shí)間步的網(wǎng)格體積積分平均為：

其中，，和分別是下一個(gè)時(shí)刻和臨時(shí)時(shí)刻的i網(wǎng)格的動(dòng)量體積積分平均。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多相流計(jì)算方法，其特征在于，粒子計(jì)算部分修正具體為：

粒子部分的粒子計(jì)算中，對(duì)于粘性不可壓縮流體，其質(zhì)量方程和動(dòng)量守恒方程如下：

其中，ρ為流體密度，t為時(shí)間，為速度，p為壓力，υ為運(yùn)動(dòng)粘度系數(shù)，為表面張力，為重力加速度；

在二維有限體積法中，一個(gè)移動(dòng)粒子的控制體是一個(gè)圓，其離散區(qū)域計(jì)算如下：

V＝πR²＝l²

其中，V為離散的體積，R粒子的控制體半徑，l為網(wǎng)格的大小。