[發明專利]一種含氣液力透平內兩相流及相變過程數值預測方法

在審

• 申請號: 202010835548.3
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN112115650A
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 李林敏;薛鍵;楊徽;李曉俊;朱祖超
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 王之懷;王洪新

1.一種含氣液力透平內兩相流及相變過程數值預測方法，包括如下步驟：

步驟S1：建立小尺度離散氣泡模型、優化的連續界面捕捉方法以及離散氣泡和連續界面的轉化方法；

步驟S2：對計算域網格進行劃分并按設定尺寸確定兩相流中的大尺度相界面與小尺度相界面，獲取兩相流中不同介質的物性參數，離散粒子的物理參數；其中大尺度為相界面的尺寸大于或等于計算域網格尺寸，小尺度為相界面的尺寸小于計算域網格尺寸；

步驟S3：對氣液兩相之間的界面，采用步驟S1中建立的方法針對可分辨尺度相界面進行邊界的捕捉與分辨；

步驟S4：對于流動結構，根據不同介質的物性參數，相鄰介質組成的界面參數，離散粒子的物理參數，采用VLES大渦模型對液力透平進行計算，確定所述兩相流的物理過程，對于離散氣泡與連續氣體所屬的不同計算體系，采用考慮離散相所占體積分率以及引入離散氣泡與連續相之間的相互作用力的方法來實現兩種計算體系之間的耦合；建立液相的空化傳熱傳質模型，將液相的空化引入氣-液兩相流模型，得到氣-汽-液多相流模型。

2.根據權利要求1所述的含氣液力透平內兩相流及相變過程數值預測方法，其特征在于：步驟S1中，所述離散氣泡模型中需建立氣泡生長與合并破碎模型，以考慮氣泡的膨脹及合并破碎；

所述合并破碎模型采用van den Hengel模型并進行優化；氣泡的合并以接觸時間作為判據，當接觸時間大于液膜減薄和斷裂所需時間時氣泡合并；氣泡的破碎以氣泡所處位置的渦尺度作為判據，當渦尺度小于氣泡尺度時氣泡破碎。

3.根據權利要求2所述的含氣液力透平內兩相流及相變過程數值預測方法，其特征在于：步驟S1中，所述連續界面捕捉方法的控制方程采用公式一：

公式一：

其中，α_g為氣相分率，ρ_g為氣體密度，m_trans為由于轉化引起的質量源相；t為時間；u為流體速度。

4.根據權利要求3所述的含氣液力透平內兩相流及相變過程數值預測方法，其特征在于：步驟S1中，離散氣泡和連續界面的轉化方法的具體步驟如下：

在離散氣泡與連續界面之間建立相互作用模型，以實現可分辨邊界與亞格子離散氣泡的混合尺度聯合仿真；離散氣泡求解方案的控制方程采用公式二：

公式二：

其中，m_b，u_b分別代表離散氣泡的質量和速度；F_all代表顆粒所受的力；α_b為離散氣泡所占體積分數；V_b，V_cell分別代表粒子體積和粒子所處位置單元格可分辨體積；L代表網格自適應階數，若L為0則無細化；

當α_b≥1時，將離散氣泡去除，公式一中由于轉化引起的質量源相m_trans為α_bρ_g/Δt，在當前時間步中執行且只執行一次。

5.根據權利要求1所述的含氣液力透平內兩相流及相變過程數值預測方法，其特征在于：步驟S3中，針對大尺度相界面進行捕捉時，基于VOF-AMR動態自適應方法及界面的壓縮重構以準確捕捉液相邊界的變形與分裂現象。

6.根據權利要求1所述的含氣液力透平內兩相流及相變過程數值預測方法，其特征在于：步驟S4中，采用VLES大渦模型對液力透平進行計算的具體方法如下：

采用基于亞格子湍動能輸運模式的VLES大渦模擬方法，同樣基于空間離散尺度直接求解主導大尺度渦；對小尺度渦采用亞格子湍流模型計算，亞格子湍流模型采用的是單方程輸運模型；所述單方程輸運模型控制方程采用公式三和公式四：

公式三：

公式四：

其中，μ_t代表湍流粘度；C_k代表湍動能系數、C_ε代表耗散系數；τ_ij代表亞格子尺度應力；k_SGS代表亞格子尺度湍動能；Δ_f代表過濾尺度；x_j代表方向向量。