[發明專利]基于化學勢的晶格Boltzmann模型模擬液滴潤濕現象的方法

在審

• 申請號: 202010800472.0
• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN111931438A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 聞炳海;季婷婷;邵玉馥;朱紅銀
• 申請（專利權）人: 廣西師范大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 覃永峰

本發明公開了基于化學勢的晶格Boltzmann模型模擬液滴潤濕現象的方法，其特征在于，包括如下步驟：1）流場初始化；2）化學勢多相流建立；3）液滴在流場演化；4）化學勢計算非理想力；5）計算宏觀量；6）穩定性判斷。這種方法實現過程簡單，能提高計算效率，為研究液滴撞擊物體表面潤濕現象提供可靠高效的理論指導。

技術領域

本發明涉及物理學、流體力學和計算機數值模擬交叉技術，具體是一種基于化學勢的晶格Boltzmann(lattice Boltzmann method，簡稱LBM)模型模擬液滴潤濕現象的方法。

背景技術

液滴潤濕現象主要采用實驗和數值模擬的方法來模擬，目前已有許多方法對該現象進行了模擬，其中數值模擬因其快速、高效以及成本低廉優勢受到了許多學者的青睞，尤其在模擬復雜的多相流中化學勢模型的晶格Boltzmann方法成為一種主流的數值模擬方法，由于該方法內含的介觀屬性使得在模擬界面運動和相變過程中具有獨特的優勢。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，而提供一種基于化學勢的晶格Boltzmann模型模擬液滴潤濕現象的方法。這種方法實現過程簡單，能提高計算效率，為研究液滴撞擊物體表面潤濕現象提供可靠高效的理論指導。

實現本發明目的的技術方案是：

基于化學勢的晶格Boltzmann模型模擬液滴潤濕現象的方法，包括如下步驟：

1)流場初始化：采用二維離散空間的9速模型即D2Q9建立流場，流場區域為D_x＝1200和D_y＝600的流場，液滴初始半徑r₀＝75格子單位，溫度T_r＝0.6，液滴密度為1g/cm³，重力加速度980cm/s²，液滴從高度為50格子單位下落，Boltzmann方程是描述粒子速度分布函數隨時空變化的守恒方程，Boltzmann微分積分方程為公式(1)：

其中f和f₁為碰撞前的分布函數，f′和f₁′為碰撞后的分布函數，ν是速度矢量，α是加速度矢量，dθ是立體角，σ(θ)是粒子散射到單位立體角的概率，方程(1)右端的碰撞項復雜難以直接求解，可用近似方法求解，碰撞項的近似要求應該滿足質量和動量的守恒：

Ω(f_i)表示碰撞項，e_i表示離散速度矢量，Bhatnagar、Gross和Krook認為碰撞的效果是改變分布函數，使它趨于Maxwell平衡態分布，依據碰撞項的不同，LBE可以分為單馳豫時間、雙馳豫時間和多馳豫時間，為了提高數值的穩定性，采用多馳豫時間模型，多馳豫時間模型的碰撞項表示如公式(4)所示：

Ω_i＝-M^-1·S·[m-m^(eq)] (4)，

即多馳豫時間下對應的晶格Boltzmann方程為公式(5)所示：

f_i(x+e_i,,t+1)-f_i(x,t)＝-M^-1·S·[m-m^(eq)] (5)，

其中m代表粒子分布函數的速度鉅，表示如下：

m＝(ρ,e,ε,j_i,q_x,j_y,q_y,p_xx,p_xy)^T,