[發明專利]一種高效的兩相流無網格數值模型實施方法、裝置

有效

• 申請號: 202110767882.4
• 申請日: 2021-07-07
• 公開（公告）號: CN113361217B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 劉勇;陳永焜;劉曉;方輝;胡佳明
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 南京智造力知識產權代理有限公司 32382
• 代理人: 張明明

1.一種高效的兩相流無網格數值模型實施方法，其特征在于，包括步驟：

S1，建立數值波浪水槽，在流體區域布置水粒子；

S2，當結構物腔室處于封閉狀態時，封閉次數k＝k+1，執行S3；若結構物室腔不滿足封閉狀態，則封閉次數k＝0，僅水粒子進行控制方程計算，并使用四階龍格庫塔法對控制方程計算結果進行積分，其中用于獲取時間步長的庫朗數CFL值取2.2；

S3，若k1，水粒子和空氣粒子均進行控制方程計算，并使用四階龍格庫塔法對控制方程計算結果進行積分，其中用于獲取時間步長的庫朗數CFL值取0.25；若k＝1，生成空氣粒子，水粒子和空氣粒子均進行控制方程計算，并使用四階龍格庫塔法對控制方程計算結果進行積分，其中用于獲取時間步長的庫朗數CFL值取0.25；

S4，t＝t+△t，結構物腔室滿足封閉條件時，封閉次數k＝k+1，水粒子和空氣粒子均進行控制方程計算，并使用四階龍格庫塔法對控制方程計算結果進行積分，其中用于獲取時間步長的庫朗數CFL值取0.25；結構物腔室不滿足封閉條件時，k＝0，刪除所有空氣粒子，水粒子進行控制方程計算，并使用四階龍格庫塔法對控制方程計算結果進行積分，其中用于獲取時間步長的庫朗數CFL值取2.2，其中△t為時間步長；

S5，判斷是否滿足時間終止條件：ttend，若滿足，則結束計算；不滿足時間終止條件時，返回S2。

2.根據權利要求1所述的兩相流無網格數值模型實施方法，其特征在于，所述控制方程為：

其中：ρ、u、p、g分別為粒子的密度、速度、壓強和重力加速度，W表示光滑核函數，r_i表示粒子i的位置，V表示體積，c₀表示聲速，ρ₀表示水的初始密度，m為質量，j表示粒子j，F(p_i，p_j)是壓力梯度項的離散形式。

3.根據權利要求1所述的兩相流無網格數值模型實施方法，其特征在于，采用四階龍格庫塔對控制方程計算結果進行積分計算，時間步長Δt按下式計算：

其中：h為光滑長度，c＝c₀，表示聲速。

4.根據權利要求2所述的兩相流無網格數值模型實施方法，其特征在于，將流體分為三部分：Ω₁表示所有的空氣粒子，Ω₂表示與空氣粒子相互作用的水粒子，Ω₃表示與空氣粒子不相互作用的水粒子，當粒子i和粒子j相互作用時，壓力梯度項具體為：

(1)若粒子i或粒子j屬于Ω₁，或者，粒子i和粒子j均屬于Ω₂時：

(2)若粒子i屬于Ω₂且粒子j屬于Ω₃時：

(3)若i粒子屬于Ω₃且j粒子屬于Ω₂時：

(4)若i粒子和j粒子均屬于Ω₃時：

其中，p_b為背景壓強。

5.根據權利要求2所述的兩相流無網格數值模型實施方法，其特征在于，所述生成空氣粒子的具體過程為：

在腔室內按照初始粒子分布間距Δx布滿空氣粒子，定義空氣粒子的C值為1，計算每個空氣粒子的λ值：

此時j粒子僅為水粒子，定義水粒子的C值為-1，隨后刪除λ_i≥1.5的空氣粒子；

計算保留下來的每個空氣粒子的CT值：

此時j粒子為水粒子和空氣粒子，隨后刪除CT0的空氣粒子；

對最后保留下來的空氣粒子的位置進行如下修正：

其中：β為常數，粒子i僅為空氣粒子，粒子j為空氣粒子和水粒子，W表示光滑核函數，r_i表示粒子i的位置，V表示體積，u為粒子的速度；

上述空氣粒子修正過程使用四階龍格庫塔法進行數值積分，時間步長采用當修正過程中的空氣粒子的最大速度小于0.01時，修正過程完成。