[發明專利]一種基于無網格粒子法的離心泵數值模擬方法及系統

在審

• 申請號: 202111058179.2
• 申請日: 2021-09-09
• 公開（公告）號: CN113742988A
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 孫中國;王鋒;周子棋;席光
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06F30/17;G06F30/28;G06F111/10;G06F119/14;G06F113/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

1.一種基于無網格粒子法的離心泵數值模擬方法，其特征在于，包括：

對離心泵的三維模型進行數據處理，構建壁面粒子模型；

將壁面粒子模型導入初始流體粒子布置程序進行處理，獲取初始流體粒子數據；

將壁面粒子模型與初始流體粒子數據導入數值計算程序，獲取瞬時粒子坐標信息以及當前時刻的速度、壓力參數；

根據瞬時粒子坐標信息以及當前時刻的速度、壓力參數，繪制壓力云圖、速度云圖、流線圖、跡線圖和性能曲線圖。

2.根據權利要求1所述的基于無網格粒子法的離心泵數值模擬方法，其特征在于，所述對離心泵的三維模型進行數據處理，構建壁面粒子模型包括：

2-1:利用單一尺寸的面網格初步對離心泵三維模型進行離散，提取節點坐標并對應生成壁面粒子；

2-2:計算壁面粒子法向量并對壁面粒子模型進行離散精度評估，得到模型離散精度數值以及離散誤差分布圖；

2-3:根據誤差分布圖，局部嵌套加密不滿足離散精度的部位，得到局部嵌套加密后的壁面粒子模型；

2-4:對局部嵌套加密后的壁面粒子模型再次進行離散精度評估，判定是否達到離散精度要求，若否，重復2-2、2-3和2-4；若滿足，生成壁面粒子模型。

3.根據權利要求2所述的基于無網格粒子法的離心泵數值模擬方法，其特征在于，所述離散精度評估方法基于法向光滑角度，壁面粒子i的法向光滑角度由公式(1)計算：

其中n_i為i粒子的法向量；n_ik為i粒子周圍第k搜索方向內最近壁面粒子的法向量；D為搜索方向數目，輸出每個粒子的空間位置并用顏色分布表示其NSA數值大小，得到離散誤差分布圖；NSA表示為法向光滑角度；

模型的離散精度通過將每個壁面粒子的NSA數值取標準差由公式(2)計算得：

其中，為壁面粒子的法向光滑角度的平均值。

4.根據權利要求2所述的基于無網格粒子法的離心泵數值模擬方法，其特征在于，所述局部嵌套為采用高分辨率離散精度不足的部件，得到滿足精度要求的新壁面粒子模型，在新壁面粒子模型中僅保留離散精度不足的部件，刪除其余粒子，將該部件高分辨率粒子數據與滿足精度的部件進行嵌套，得到局部嵌套加密后的壁面粒子模型。

5.根據權利要求1所述的基于無網格粒子法的離心泵數值模擬方法，其特征在于，所述將壁面粒子模型導入初始流體粒子布置程序進行處理，包括：

5-1:確定邊界條件，設定計算參數并初始化；

5-2:利用移動速度進口邊界條件填充初始流體粒子；

5-3:利用MPS-GSW-NSD求解器，計算當前時間層的流場；

5-4:統計流體粒子總數和平均粒子數密度，觀察壁面模型是否被流體粒子充滿，若是，執行5-5；若否，采用第一時間步長推進時間層，重復5-2、5-3和5-4；

5-5:觀察平均粒子數密度的數值是否不再變化，若是，執行5-6；若否，采用第二時間步長推進時間層，重復5-3、5-4和5-5；

5-6:輸出流體粒子坐標值，作為初始流體粒子。

6.根據權利要求5所述的基于無網格粒子法的離心泵數值模擬方法，其特征在于，所述邊界條件包括速度進口和通用光滑壁面邊界，壁面法向量采用局部表面擬合法進行計算，計算參數包括流體粘性、密度、重力加速度、計算時長、粒子數密度常數、搜索半徑和弱可壓系數，初始化即歸零速度、壓力和時間變量；

所述第一時間步長、第二時間步長計算式分別為公式(3)和公式(4)：

Δt₁為第一時間步長，Δt₂為第二時間步長，l₀為流體粒子的直徑；u_max為流體粒子的最大速度。