[發明專利]一種多相流計算方法

有效

• 申請號: 201911377984.4
• 申請日: 2019-12-27
• 公開（公告）號: CN111241742B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 張斌;張盛豐;劉曉星;單建強
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06F30/28;G06F119/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發明公開了一種多相流計算方法，首先確定計算區域，輸入物性參數及相應的邊界條件；使用約束插值守恒的半拉格朗日方法求解歐拉部分的對流方程，求解網格部分的非對流部分的壓力泊松方程，更新網格部分下個時間步的數值，將網格部分的速度傳遞給粒子進行修正，得到新的粒子位置，根據粒子位置得到界面附近的網格顏色函數值，如果達到模擬時間，完成多相流數值模擬計算。本方法具有粒子法追蹤相界面的準確性，又具有網格法的快速性。本方法適用于不包含傳熱情況下的多相流運動，其中在相界面變化劇烈，計算區域較大的時候最能發揮其優勢。

技術領域

本發明屬于流體力學技術領域，具體涉及一種多相流計算方法。

背景技術

多相流是一種復雜的流動現象,廣泛存在于石油、化工、冶金、動力以及能源等工業領域,多相流的研究對于相關行業科技的進步具有十分重要的意義。而在多相流的數值模擬中對于相界面的捕捉是其中的重點和難點。在傳統的歐拉方法中為了解決相界面的捕捉問題，開發了很多的相界面追蹤和重構方法如VOF、Level Set方法、Front-Tracking和VOSET方法等。然而這些方法重構或者構造相界面的過程中會丟失相界面的細節，并且需要復雜的網格劃分操作，在處理多相流的計算過程中有很多的不便。在多相流的數值模擬中，基于拉格朗日框架的拉格朗日的方法顯示出了其特有的優點。這些方法有SPH方法，MPS方法，以及FVP等方法。這些拉格朗日的方法被應用在計算氣泡上升，潰壩，蒸汽爆炸，以及固液耦合運動等相界面變化劇烈的多相流的計算中。雖然這一類的方法能夠自動的追蹤相界面，不需要額外的努力來捕獲或跟蹤界面。但是這些方法的計算粒子數目太多，十分的消耗計算時間以及計算性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種多相流計算方法，不僅能夠對于多相流的相界面進行準確的追蹤，而且盡可能的降低計算性能的消耗縮短計算需要的時間。

本發明采用以下技術方案：

一種多相流計算方法，首先確定計算區域，輸入物性參數及相應的邊界條件；使用約束插值守恒的半拉格朗日方法求解歐拉坐標系下控制方程的對流部分，求解歐拉坐標系下非對流部分的壓力泊松方程，更新網格部分下個時間步的數值；將網格部分的速度傳遞給粒子計算部分進行修正，得到新的粒子位置，根據粒子部分計算結果更新界面附近網格的顏色函數值，達到模擬時間后完成多相流數值模擬計算。

具體的，對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是動力粘度，是動量，θ是網格體積分數。

進一步的，對流項方程組為：

使用約束插值守恒的半拉格朗日方法求解得到下一個時間步的以及的值，和是下一個時刻的網格密度的體積積分平均和面積積分平均，和是臨時的網格動量的體積積分平均和面積積分平均。

具體的，求解歐拉坐標系下非對流部分的壓力泊松方程具體為：

網格部分粘性流體控制方程的半離散非對流項方程為：

非對流部分計算如下：

壓力的泊松方程計算如下：

其中，pⁿ⁺¹為下一個時刻的壓力值，u^□為對流部分計算得到的臨時速度，ρⁿ⁺¹為下一個時刻的網格密度，m^□是對流部分計算得到的臨時動量。