[發明專利]一種曲線坐標系下可壓縮兩相流界面條件構建方法

有效

• 申請號: 202010128950.8
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111400968B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 許亮;覃建秀;楊武兵
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F119/14
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 茹阿昌

1.一種曲線坐標系下可壓縮兩相流界面條件構建方法，其特征在于，包括步驟如下：

1)根據每個物理網格節點符號距離函數φ的初始值，分別定義每種流體界面外的虛擬流體區域；兩相鄰流體的介質屬性不同且兩相鄰流體互不相融；所述介質屬性不同具體為：兩相鄰流體的速度、壓力或密度至少一項不同；所述流體均為可壓縮流體；所述虛擬流體區域包含界面附近另一種流體的3-5個物理網格節點；所述物理網格是利用網格生成軟件對計算流場區域進行網格劃分獲得；

2)利用一般曲線坐標系下的水平集方程，更新步驟1)所述符號距離函數φ的初始值，獲得更新后的符號距離函數φ；

3)根據步驟2)所述更新后的符號距離函數φ，求解一般曲線坐標系下符號距離函數的重新初始化方程，直至獲得重新初始化方程的穩定解，將穩定解作為修正后的符號距離函數φ；

4)根據步驟3)所述修正的符號距離函數φ，更新流體界面位置信息；

5)根據步驟1)所述流體界面外的虛擬流體區域，對虛擬流體區域的每一個虛擬流體節點P，尋找界面另一側真實流體區域的真實流體節點P’，使得虛擬流體節點P的界面單位法向量n與真實流體節點P’的界面單位法向量n′形成的夾角θ最小；所述每個節點的界面法向根據步驟1)所述符號距離函數φ的初始值確定；其中，θ＝arccos(n·n′)；

6)將步驟5)所述虛擬流體節點P及真實流體節點P’的速度場分別投影到界面法向，獲得虛擬流體節點P和真實流體節點P’的界面法向速度u_n；

7)根據步驟6)所述虛擬流體節點P和真實流體節點P’的界面法向速度u_n和虛擬流體節點P和真實流體節點P’對應的壓力和密度，構造并求解界面法向上的兩相流黎曼問題，獲得界面壓力p_I、界面法向速度u_n,I和界面兩側密度ρ_IL,ρ_IR；

8)根據步驟7)所述界面壓力p_I、界面法向速度u_n,I和界面兩側密度ρ_IL,ρ_IR，定義虛擬流體節點P的界面條件；

9)重復步驟5)～8)，直至獲得每種流體虛擬流體區域的所有虛擬流體節點P的界面條件；

10)根據步驟9)所述界面條件為當前計算時刻的界面條件，對于下一計算時刻界面條件的構建，重復步驟1)～9)；

步驟2)所述一般曲線坐標系下的水平集方程，具體為：

φ_t+Uφ_ξ+Vφ_η+Wφ_ζ＝0；

U＝ξ_xu+ξ_yv+ξ_zw；

V＝η_xu+η_yv+η_zw；

W＝ζ_xu+ζ_yv+ζ_zw；

其中，φ_t表示符號距離函數φ對時間t的偏導數，t表示時間，U,V,W為每個節點的流體逆變速度；u,v,w是每個節點的流體速度；(x,y,z)表示流場的物理網格坐標；(ξ,η,ζ)表示將物理網格坐標由一般曲線坐標系轉換到笛卡爾坐標系所獲得的計算網格坐標；ξ_x,ξ_y,ξ_z,η_x,η_y,η_z,ζ_x,ζ_y,ζ_z是計算網格的度量系數，表示計算網格坐標ξ,η,ζ對物理網格坐標x,y,z的偏導數；φ_ξ、φ_η和φ_ζ表示符號距離函數φ對計算網格坐標ξ,η,ζ的偏導數；

步驟3)所述一般曲線坐標系下符號距離函數的重新初始化方程，具體為：

a＝ξ_xη_x+ξ_yη_y+ξ_zη_z，b＝ξ_xζ_x+ξ_yζ_y+ξ_zζ_z，c＝η_xζ_x+η_yζ_y+η_zζ_z；

其中，τ表示偽時間，ε為每個節點所在物理網格的邊長；φ₀表示重新初始化之前的符號距離函數值。