[發(fā)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(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111058179.2
• 申請日: 2021-09-09
• 公開（公告）號: CN113742988A
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發(fā)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

本發(fā)明公開了一種基于無網格粒子法的離心泵數值模擬方法及系統(tǒng)，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；根據數據信息，繪制壓力云圖、速度云圖、流線圖、跡線圖和性能曲線圖。本方法擺脫傳統(tǒng)數值模擬方法對于網格的依賴，發(fā)揮粒子法無拓撲結構、無需切分流通域，可整體離散模型、整體求解流場的優(yōu)勢，能夠方便快速的求解離心泵模型內流流場并得到高精度數值解。

技術領域

本發(fā)明屬于流體力學領域，涉及一種基于無網格粒子法的離心泵數值模擬方法及系統(tǒng)。

背景技術

流體機械的內流仿真在現(xiàn)代透平機械設計環(huán)節(jié)中起著至關重要的作用，然而隨著內流現(xiàn)象的復雜化，如多相流和相變等，針對實際流動的仿真計算變得越來越困難。傳統(tǒng)網格法如有限體積法和有限差分法等在計算透平機械過程中往往需要引入一定假設或簡化方法。例如，轉子凍結法假設坐標系旋轉而轉子固定；多重坐標系法假定流動定常；混合平面法在界面處平均流動參數。以上假設或簡化方法降低了動靜干涉和復雜現(xiàn)象等重要流動機理的影響，可以獲得流動的統(tǒng)計特性參數，但容易忽略一些流動的本質細節(jié)。此外，傳統(tǒng)基于網格剖分的數值方法針對流體計算域形狀的劇烈變化，常采用網格調整和重構技術來處理，如動網格和滑移網格法，但這些方法過程復雜且面臨網格質量下降和收斂性變差的風險。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術中的問題，提供一種基于無網格粒子法的離心泵數值模擬方法及系統(tǒng)，定義法向光滑角度為評判標準，建立高精度壁面粒子模型，利用粒子的自適應性填充獲取初始流體域，通過MPS-GSW-NSD求解器進行流場計算，利用自編程方法進行計算結果處理。本方法擺脫傳統(tǒng)數值模擬方法對于網格的依賴，發(fā)揮粒子法無拓撲結構、無需切分流通域，可整體離散模型、整體求解流場的優(yōu)勢，能夠方便快速的求解離心泵模型內流流場并得到高精度數值解。

為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案予以實現(xiàn)：

一種基于無網格粒子法的離心泵數值模擬方法，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。

本發(fā)明的進一步改進在于：

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：

1-1: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(jié)點坐標并對應生成壁面粒子；

1-2: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；

1-3: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；

1-4: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1-2、1-3和1-4；若滿足，生成壁面粒子模型。

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；