[發明專利]一種應用于強沖擊可壓縮多相流體的高精度數值模擬方法

在審

• 申請號: 202310534673.4
• 申請日: 2023-05-11
• 公開（公告）號: CN116595748A
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 周章濤;初東陽;戎宇飛;劉國振
• 申請（專利權）人: 中國船舶科學研究中心;深海技術科學太湖實驗室
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/11;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 過顧佳

本申請公開了一種應用于強沖擊可壓縮多相流體的高精度數值模擬方法，涉及可壓縮多相流動領域，該方法根據當前時間步的物質界面的狀態基于多介質黎曼問題求解確定物質界面的流場狀態量，根據求解確定的物質界面的流場狀態量定義虛擬流體狀態，將整個流場計算域分隔為若干個單介質流動計算區域，并分別求解各個單介質流動計算區域在下一個時間步的流場狀態預測結果，繼而基于粒子水平集算法求解更新得到下一個時間步的物質界面的狀態，并在下一個時間步繼續求解直至求解完成所有時間步。該方法可以進一步提高物質界面狀態的預測精度，具有工程適用性和強魯棒性，具有重要工程應用意義。

技術領域

本申請涉及可壓縮多相流動領域，尤其是一種應用于強沖擊可壓縮多相流體的高精度數值模擬方法。

背景技術

對于水下爆炸等極端條件下形成的可壓縮多相流動，其包含了物質界面和強激波等運動及相互作用，具有大密度比、大壓力比、空間多尺度、時間多尺度和高度非線性等特點，物理現象和過程極其復雜。隨著研究和應用需求的不斷提高，對于此類強沖擊可壓縮多相流體的高精度數值模擬逐漸成為必不可少的研究手段，是計算數學和計算流體力學領域極具挑戰性的課題，針對此類強沖擊可壓縮多相流體的數值模擬，目前行業內普遍應用的模擬技術，大都存在準確性和魯棒性等問題。

發明內容

本申請人針對上述問題及技術需求，提出了一種應用于強沖擊可壓縮多相流體的高精度數值模擬方法，本申請的技術方案如下：

一種應用于強沖擊可壓縮多相流體的高精度數值模擬方法，該高精度數值模擬方法包括：

在強沖擊可壓縮多相流體的流場計算域內劃分計算網格，并初始化多相流場分布以及多相流場之間的物質界面的狀態；

根據當前時間步的物質界面的狀態基于多介質黎曼問題求解確定物質界面的流場狀態量；

根據求解確定的物質界面的流場狀態量定義虛擬流體狀態，將整個流場計算域分隔為若干個單介質流動計算區域，并分別求解各個單介質流動計算區域在下一個時間步的流場狀態預測結果；

根據各個單介質流動計算區域在下一個時間步的流場狀態預測結果，基于粒子水平集算法求解更新得到下一個時間步的物質界面的狀態，并在下一個時間步再次執行根據當前時間步的物質界面的狀態基于多介質黎曼問題求解確定物質界面的流場狀態量的步驟，直至求解完成所有時間步。

本申請的有益技術效果是：

本申請公開了一種應用于強沖擊可壓縮多相流體的高精度數值模擬方法，該方法結合了修正虛擬流體方法和粒子水平集方法，并發展了在多維情況更合理精確地構造局部多介質黎曼問題的方法，并開發了更通用穩定的多介質黎曼問題計算方法，進一步提高了物質界面狀態的預測精度，從而實現了一種能夠應用于水下爆炸強沖擊可壓縮多相流體的具有工程適用性的強魯棒高精度模擬方法，具有重要工程應用意義，且很容易擴展至非結構化有限體積網格。

附圖說明

圖1是本申請一個實施例的高精度數值模擬方法的方法流程圖。

圖2是一個實例中采用射線追蹤法確定物質界面兩側的空間位置P_L和空間位置P_R的示意圖。

圖3是本申請一個實施例確定物質界面的流場狀態量的方法流程圖。

圖4是在采用格心型的計算網格時進行連續性重構得到物質界面的局部示意圖。

圖5是在采用格點型的計算網格時進行連續性重構得到物質界面的局部示意圖。

圖6是一個實例中的流場計算域的示意圖。

圖7是圖6的實例中采用本申請的高精度數值模擬方法得到的t＝1.8×10^-3s的流場壓力和Y向速度等值線圖的示意圖。

具體實施方式