[發明專利]一種運動荷電液滴誘導電場強度及電場力計算方法和系統

在審

• 申請號: 202110255713.2
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113033117A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 左子文;王林;王軍鋒
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種運動荷電液滴誘導電場強度及電場力計算方法和系統，包括以下步驟：建立運動荷電液滴誘導電場強度及電場力的幾何模型，幾何模型內部為計算所需計算域；在離散單元法軟件中，按需在計算域內生成相應離散相；編寫荷電液滴誘導電場強度及相應電場力計算代碼，嵌入計算流體力學軟件中；對幾何模型進行網格劃分，得到網格文件；在計算流體力學軟件中，進行邊界條件設置，加載計算代碼，選擇求解器，計算運動荷電液滴誘導電場強度及電場力。本發明在計算流體力學軟件中嵌入電場強度及相應電場力計算代碼，可以在求解流體相的同時求解離散相荷電液滴的誘導電場強度及相應電場力，極大拓展了計算流體力學軟件和離散單元法軟件的應用范圍。

技術領域

本發明屬于EHDA(Electrohydrodynamics atomization)數值模擬計算技術領域，具體涉及基于計算流體力學軟件和離散單元法軟件的運動荷電液滴誘導電場強度及相應電場力計算方法和系統。

背景技術

液體轉變為液滴這一過程，即噴霧或者霧化，已經被人類廣泛利用。霧化的方法有多種，其中基于電場方法，即荷電噴霧，因其成本低、污染小、生物相容性高已經被廣泛應用于各個領域。例如，病蟲防治領域水基農藥的霧化；污染治理領域可溶性有毒氣體和顆粒物的處理；生產制造領域單分散納米顆粒材料的制備等。

荷電噴霧的基本單元是流體中運動的荷電液滴。荷電液滴在運動過程中，關鍵點是運動荷電液滴所誘導的電場強度以及在該電場強度中其它荷電離散相，例如荷電顆粒物，所受的電場力。

隨著計算機技術的發展，數值模擬計算已經被廣泛用于研究各種物理過程。然而EHDA(Electrohydrodynamics atomization)涉及多相流問題，相間作用及多場耦合機制復雜，目前關于EHDA(Electrohydrodynamics atomization)沒有成熟商用代碼。部分特定代碼可以計算電場強度，但缺乏流體相計算能力。計算流體力學軟件可以求解流體相，但沒有電勢、電場強度等計算代碼。有學者基于計算流體力學軟件中的熱求解器近似計算電勢、電場強度等，但涉及諸多假設：流體必須是電介質，流體必須各向同性且不可壓縮，不能存在電荷源等。為了同時獲得荷電液滴運動過程中的各種流體信息以及電場信息，例如流場、速度場、電勢分布、電場強度分布等，必須基于計算流體力學軟件和離散單元法軟件同時耦合相關計算代碼進行數值模擬計算。目前沒有基于計算流體力學軟件和離散單元法軟件數值模擬計算運動荷電液滴誘導電場強度及電場力的研究。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提供一種運動荷電液滴誘導電場強度及電場力計算方法和系統，求解出運動荷電液滴誘導電場強度及電場力，從而更好地模擬EHDA過程，拓展計算流體力學軟件和離散單元法軟件的應用范圍。

為解決上述問題，本發明采用以下技術手段實現：

一種運動荷電液滴誘導電場強度及電場力數值計算方法，包括以下步驟：

建立幾何模型：建立運動荷電液滴誘導電場強度及電場力的幾何模型，幾何模型內部為計算所需計算域；

生成離散相：在離散單元法軟件中，按需在計算域內生成相應離散相，包括離散相荷電液滴和離散相荷電顆粒；

編寫運動荷電液滴誘導電場強度及電場力計算代碼：所述計算域中，有若干個離散相荷電液滴和離散相荷電顆粒，先計算單獨荷電液滴誘導電勢，如果存在多個荷電液滴，將每個荷電液滴誘導電勢相互疊加得總誘導電勢，總誘導電勢求導得總電場強度；在總電場強度中，計算離散相荷電液滴受到的電場力，如果存在離散相荷電顆粒，計算離散相荷電顆粒受到的電場力，運動荷電液滴誘導電場強度及電場力的計算方程通過編寫相應計算代碼，嵌入計算流體力學軟件中；

劃分網格：對幾何模型劃分網格，得到網格文件；

計算：在計算流體力學軟件中，設置邊界條件，加載計算代碼，選擇求解器，計算運動荷電液滴誘導電場強度及電場力。