[發明專利]一種基于離散模擬的氣液多相系統計算方法及系統

在審

• 申請號: 202110504761.0
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113378445A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 陳飛國;葛蔚
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06F30/27;G06F30/28;G06N3/00
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;徐淑東

1.一種基于離散模擬的氣液多相系統計算方法，所述方法包括：

步驟1)根據模擬設置信息設定待模擬的氣液多相系統初始狀態；所述初始狀態包括氣體粒子數目、液體粒子數目、每個氣體粒子的初始位置信息及初始速度，每個液體粒子的初始位置信息、初始速度及初始作用力；

步驟2)對待模擬的氣液多相系統進行空間分解得到多個子區域，對每個子區域按照作用截斷距離信息進行劃分，得到若干個網格；

步驟3)根據初始狀態，將粒子歸屬到不同的網格中，建立每個粒子與網格的映射關系；

步驟4)采用蛙跳算法同步迭代更新每個粒子的速度與位置，進而更新每個粒子與網格的映射關系；再根據更新后的速度與位置重新計算每個子區域不同粒子間的作用，進而由蛙跳算法繼續更新每個粒子的速度；

步驟5)判斷是否達到模擬結束條件，判斷為是，轉至步驟6)，否則轉至步驟4)；

步驟6)輸出模擬結果。

2.根據權利要求1所述的基于離散模擬的氣液多相系統計算方法，其特征在于，所述模擬設置信息包括模擬區域信息、氣體粒子信息、液體粒子信息、氣體定向速度、液體注入位置和液體注入速度。

3.根據權利要求1或2所述的基于離散模擬的氣液多相系統計算方法，其特征在于，所述采用蛙跳算法同步迭代更新每個粒子的速度與位置，具體包括：

根據粒子在t時刻的速度v(t)、位置r(t)和作用力f(t)，采用蛙跳方式，將速度初步更新至(t+Δt/2)時刻，得到v(t+Δt/2)，從而將位置更新至(t+Δt)時刻得到r(t+Δt)，具體表示如下：

r(t+Δt)＝r(t)+v(t+Δt/2)Δt

其中，m為粒子質量。

4.根據權利要求3所述的基于離散模擬的氣液多相系統計算方法，其特征在于，所述更新每個粒子與網格的映射關系；具體包括：

先刪除原網格內的映射關系，再依據粒子更新后的位置建立粒子到網格的新映射關系。

5.根據權利要求4所述的基于離散模擬的氣液多相系統計算方法，其特征在于，所述根據更新后的速度與位置重新計算每個子區域不同粒子間的作用，進而由蛙跳算法繼續更新每個粒子的速度；具體包括：

針對每個子區域，讀取該子區域以及該子區域相鄰子區域內的粒子位置信息，采用shift模式，進行不同子區域間的粒子遷移和邊界粒子傳遞；

讀取該子區域的一個粒子的位置信息r(t+Δt)，根據更新后的映射關系確定該粒子所在網格，根據所在網格搜尋鄰居網格內的其他粒子；

計算該粒子與其他粒子間距離，當距離在截斷距離內則構成一個待計算粒子對；

遍歷該粒子的每個待計算粒子對，根據粒子對的粒子類型選擇相應的粒子作用方式和作用參數，計算對應的作用力或碰撞后的速度更新值；

由該粒子的每個粒子對的作用得到該粒子在(t+Δt)時刻的合力f(t+Δt)；

根據下式得到該粒子在(t+Δt)時刻的速度v(t+Δt)：

6.根據權利要求5所述的基于離散模擬的氣液多相系統計算方法，其特征在于，所述遍歷該粒子的每個待計算粒子對，根據粒子對的粒子類型選擇相應的粒子作用方式和作用參數，計算對應的作用力或碰撞后的速度更新值；具體包括：

對于氣體粒子間采用擬顆粒作用方式，兩個粒子即時更新速度信息；

對于液體粒子間采用光滑粒子動力學作用方式，獲得粒子作用力；

對于氣液粒子間采用擬顆粒作用方式，即時更新氣體擬顆粒的速度信息，并將碰撞過程發生的液體粒子動量變化量除以持續時間轉換為作用力；

所述作用參數包括作用截斷距離r_c、作用特征長度h、黏度系數μ、表面張力系數σ、參考密度ρ₀、參考壓強p₀以及碰撞回復系數e。

7.一種基于離散模擬的氣液多相系統計算系統，其特征在于，所述系統包括：初始設置模塊、子區域劃分模塊、多個并行的處理模塊和輸出模塊；其中，

所述初始設置模塊，用于根據模擬設置信息設定待模擬的氣液多相系統初始狀態；所述初始狀態包括氣體粒子數目、液體粒子數目、每個氣體粒子的初始位置信息及初始速度，每個液體粒子的初始位置信息、初始速度及初始作用力；

所述子區域劃分模塊，用于對待模擬的氣液多相系統進行空間分解得到多個子區域，并分別配置給對應的處理模塊；所述處理模塊有多個，為并行處理；

所述處理模塊，用于對本子區域按照作用截斷距離信息進行劃分，得到若干個網格；用于根據初始狀態，將粒子歸屬到不同的網格中，建立本子區域每個粒子與網格的映射關系；還用于采用蛙跳算法同步迭代更新每個粒子的速度與位置，進而更新每個粒子與網格的映射關系，再根據更新后的速度與位置重新計算每個子區域不同粒子間的作用，進而由蛙跳算法繼續更新每個粒子的速度；并將每次迭代更新的每個粒子的速度與位置發送至輸出模塊；

所述輸出模塊，用于輸出模擬結果。