[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

本發明涉及的兩相流數值預測技術。技術方案是：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；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：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。該方法能夠對含氣液力透平中氣液兩相流與空化聯合的瞬變流進行分析。

技術領域

本發明涉及的兩相流數值預測技術，尤其涉及一種含氣液力透平內兩相流及相變過程數值預測方法。

背景技術

利用液力透平回收石油化工、海水淡化、鋼鐵冶金等大型流程工業中的流體能量，對于流程工業系統節能具有重要意義，液力透平結構型式主要是離心泵反轉。隨著流程工業中傳輸介質和運行工況的日益復雜，液力透平工作介質由純液相向易汽化以及氣液兩相混合介質發展，此時，液力透平內復雜的流道結構以及進出口壓力的急劇變化將導致易汽化液體空化，造成其內部氣液兩相流型的多時空尺度演變并伴有相變的發生，嚴重影響介質的做功機制與能量回收效率，阻礙液力透平的高效利用和穩定運行。目前針對含氣液力透平內部復雜流動結構及空化特性的研究還不完善。氣液兩相流與空化流均具有特殊的非定常和瞬變特性，有必要針對多尺度的氣液兩相流型與空化相變過程建立完善的數學模型，為含氣液力透平兩相流與空化特性以及兩者對透平性能的影響機制提供一種可靠的分析方法。

含氣條件下的液力透平內往往存在多種不同的氣液兩相流動狀態并伴有不同流型的轉化以及相變的發生。其復雜的流道結構以及特殊的多相流過程給其實驗研究造成了較大困難。此外，含氣情況下液力透平入口段可能會含有大量的離散氣泡或氣團，在葉輪內由于壓力釋放還可能導致液相的汽化，使氣相含量升高，在尾水段可能形成柱塞狀甚至是分層流動結構。同時，兩相流型的演變還將引起喘振等不利影響。液力透平內氣液兩相流形態與入口含氣率的關聯尚未明晰，同時，針對特定工況下液力透平內的空化特性、氣液兩相來流作用下液體的空化特性也是亟待解決的問題。

目前針對兩相流過程的模擬方法中，大多采用平均化的數學模型，而平均化處理將導致對其客觀現象的描述失真，傳統的多相流模型對其流動過程的預測也存在較大困難：基于體積平均的方法只能從宏觀上描述氣相含量的分布，界面捕捉法也難以描述相界面微細結構。因此，若能針對含氣液力透平內部的兩相流與相變過程，建立一種可適用于不同兩相流型的全特性數值計算方法，并引入液相空化模型，對揭示含氣條件下液力透平內氣液兩相流動形態演變規律與相變特性，及其對液力透平動力特性的影響機制，對于深入研究存在相變的氣液兩相流問題以及多相介質輸運過程中的流動特性及機理均具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是克服上述背景技術的不足，提供一種含氣液力透平內兩相流及相變過程數值預測方法，該方法能夠對含氣液力透平中氣液兩相流與空化聯合的瞬變流進行分析。

本發明提供的技術方案是：

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；