[發明專利]基于gerris軟件的單液滴撞擊平坦固體表面的自適應動態網格仿真檢測方法

在審

• 申請號: 201911380058.2
• 申請日: 2019-12-27
• 公開（公告）號: CN111159886A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 尹宗軍;蘇蓉;王清清;彭閃閃;胡漢春
• 申請（專利權）人: 安徽信息工程學院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F113/08
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 張海應

本發明公開了一種基于gerris軟件的單液滴撞擊平坦固體表面的自適應動態網格仿真檢測方法，(1)在gerris軟件中建立液滴和平坦固體光滑表面初始模型：(2)將步驟(1)中建立好的初始模型劃分初始網格，在液滴界面處進行局部加密：(3)設置兩相流的初始體積分數，以便在撞擊過程中進行界面追蹤和重建：(4)設置液滴物理屬性以及運動參數；(5)設置自適應網格的粗化與細化的范圍以及閾值參數；(6)設置初始條件和邊界條件；(7)設置離散時間間隔和總時間，設置輸出格式為tecplot格式，輸入并行指令進行并行計算：(8)將輸出的tecplot格式導入tecplot中顯示云圖，進行結果分析；該方法能夠實現對單液滴撞擊平坦固體表面的仿真模擬檢測。

技術領域

本發明涉及液滴撞擊模擬領域，特別是涉及一種基于gerris軟件的單液滴撞擊平坦固體表面的自適應動態網格仿真檢測方法。

背景技術

液滴撞擊固體表面在許多工程應用中十分常見，例如農藥噴霧、打印噴涂以及內燃機內部燃油撞壁等問題。液滴撞擊后會產生復雜的形變，垂向速度會很快轉化為徑向的射流，甚至會伴隨有二次子液滴的產生。從相關文獻可以看到液滴的粘度、表面張力、密度、液滴尺寸、撞擊速度、固體表面的粗糙度和潤濕性等相關因素對撞擊結果有重要的影響。從實驗上可以看到液滴撞擊后的形變過程雖然有所不同，但基本撞擊結果大約有三種：即沉積、反彈和飛濺。

近來年，由于實驗研究成本過高，數值仿真技術被大量地運用到了解決復雜流體問題中。VOF、CLSVOF、相場動力學、格子波爾茲曼方法、耗散粒子動力學以及光滑粒子動力學等方法分別被運用到液滴撞擊領域中，模擬得到的結果與實驗取得高度的一致性。值得一提的是，模擬手段對改變撞擊參數更為簡單，且能給出液滴內部的動力學信息，例如壓力、速度等，這將有利于某些流動現象的機理解釋。然而，已有的研究多數是基于靜態網格，也就是網格化分后，網格不再變化，這不利于捕捉像液滴這樣形變較大的流體。若要使用靜態網格精確捕捉，就需要細化整個計算域，這不利于減少計算時間。而動態自適應網格可以精確捕捉所設定的物理量的變化，在物理量變化劇烈的地方自動細化網格，而在物理量變化不劇烈的地方自動粗化網格加快計算。

因此，當下需要迫切解決一個技術問題是：1)如何使用模擬計算取代實驗仍然能獲得精確的結果；2)如何在模擬計算中用最少的網格精確獲得界面形變，節約計算物理時間。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種基于gerris軟件的單液滴撞擊平坦固體表面的自適應動態網格仿真檢測方法，通過gerris內部二階精度的離散格式，利用成熟的VOF界面追蹤技術以及自適應動態網格手段實現對單液滴撞擊平坦固體表面的仿真模擬檢測。

本發明提供了一種基于gerris軟件的單液滴撞擊平坦固體表面的自適應動態網格仿真檢測方法包括如下步驟：

(1)在gerris軟件中建立液滴和平坦固體光滑表面初始模型：確定液滴質心位置、液滴半徑和撞擊距離；

(2)將步驟(1)中建立好的初始模型劃分初始網格，特別地，在液滴界面處進行局部加密：液滴界面局部區域內加密等級選擇9，其余選擇6；

(3)設置兩相流的初始體積分數，以便在撞擊過程中進行界面追蹤和重建：選擇液滴為第一相，相分數設為1；選擇空氣為第二相，相分數設為0；

(4)設置液滴物理屬性(包括粘度、密度和界面張力)以及運動參數：液滴為牛頓流體，其物理屬性包括粘度、密度和界面張力；運動參數包括撞擊速度；

(5)設置自適應網格的粗化與細化的范圍以及閾值參數：設置粗化等級為8，細化最高值等級10；

(6)設置初始條件和邊界條件：設置壁面為無滑移壁面并設置相應的壁面接觸角，其余邊界為壓力邊界，壓力為0.1Mpa；