[發明專利]一種針對兩種流體傳熱交混破碎相變過程的無網格模擬方法

在審

• 申請號: 201710725986.2
• 申請日: 2017-08-22
• 公開（公告）號: CN107563030A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 張智剛;楊志;王芳;劉興超;魏巍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種針對兩種流體傳熱交混破碎相變過程的無網格模擬方法，其特征是：

步驟一，設定時間步長Δt、粒子間初始距離d₀、粒子的控制半徑R_e以及總的模擬時間t_total，設定t_n＝n·Δt，則在t₀時刻輸入初始化參數，包括熔融金屬流體的初始溫度T_h、速度V₀、形態，冷卻流體的初始溫度T_c；

步驟二，在t_n時刻采用基于焓方法的凝固相變模型進行傳熱計算，n＞0，根據t_n-1時刻的粒子溫度T^n-1、焓值h^n-1、位置r^n-1、密度ρ^n-1以及熱導率K^n-1，計算得到t_n時刻粒子的溫度Tⁿ、焓值hⁿ以及液相分數αⁿ；

步驟三，采用物性參數變化模型對處于相變區域粒子的物性參數進行修正，根據粒子的液相分數αⁿ，更新得到t_n時刻粒子的密度ρⁿ、熱導率Kⁿ以及粘性系數vⁿ；

步驟四，采用基于表面自由能的表面張力模型計算t_n時刻粒子所受的表面張力

步驟五，根據步驟三和步驟四所得的粒子物性參數ρⁿ、vⁿ和表面張力采用原始MPS方法計算出t_n時刻所有粒子的位置rⁿ和速度uⁿ，分為以下幾個小步驟：

1，不考慮壓力梯度項，顯式求解動量方程中的粘性項、表面張力項以及重力項，計算得出t_n時刻粒子的中間速度u^*和中間位置r^*；

2，計算壓力泊松方程，得出t_n時刻粒子的壓力值Pⁿ；

3，利用粒子的壓力值Pⁿ，對粒子速度進行修正，得到t_n時刻粒子的速度uⁿ和位置rⁿ；

步驟六，根據步驟五中計算所得粒子位置rⁿ，采用碎片結合判據確定破碎相變產生碎片的粒子組成；包括液相分數判據和粒子間距離判據，只有兩個判據同時滿足，才能判定兩個粒子結合成碎片；液相分數判據為，兩個熔融金屬粒子的液相分數均需滿足α₁＜α＜α₂，其中α₁、α₂是兩個可變參數且0≤α₁＜α₂≤1，根據具體模擬情況進行調整；粒子間距離判據為，兩個熔融金屬粒子之間的距離需小于1.2l₀；

步驟七，采用流固混合模型修正t_n時刻碎片中組成粒子的位置rⁿ和速度uⁿ，分為以下幾個步驟：

1，計算碎片的速度和位置

2，計算碎片的轉動慣量

3，基于角動量守恒定律，計算碎片的角速度

4，計算t_n時刻碎片中粒子的位置rⁿ和速度uⁿ；

步驟八，判斷是否達到設定的總的模擬計算時間t_total，若t_n＜t_total，則跳至步驟二，進行t_n+1時刻的計算；若t_n＝t_total，則完成模擬。