【技术实现步骤摘要】
一种基于CFD-PBM耦合模型对云空化时的空泡大小分布的分析方法
本专利技术涉及空泡大小分布
，是一种基于CFD-PBM耦合模型对云空化时的空泡大小分布的分析方法。
技术介绍
对于一定温度的液体，由于压强的降低而在其内部汽化的现象，叫做空化。就水力机械而言，空化大多是一种有害现象，因此空化特性一直是水力机械设计者除效率、稳定性外的三大目标之一。水翼绕流作为一个经典的流体力学问题，其空化特性的研究己经成为各种水力机械空化特性研究的前提。另一方面，在依赖空化的工业应用中空泡尺寸分布的估计至关重要。群体平衡模型(PopulationBalanceModel，PBM)是描述多相流体系中分散相大小分布的通用方法。针对水翼绕流中的气液体系，PBM模型有助于修正传统单一气泡模型的影响，更接近实际。1997年Wei等提出将CFD和PBM耦合求解的思路后，其已成为多相流领域的一个研究热点。CFD-PBM耦合模型最初主要用在化工过程，如气液反应、气力输送、结晶沉淀、发酵等。但近年来在舰船气泡尾流的预测、超细颗粒物的...
【技术保护点】
1.一种基于CFD-PBM耦合模型对云空化时的空泡大小分布的分析方法，其特征是：包括以下步骤：/n步骤1：采用空化模型，建立运输方程的空化模型，确定质量输运速率；/n步骤2：进行大涡模拟，采用SSTk-ω模型，优化运输方程；/n步骤3：根据优化后的运输方程，建立气泡群体平衡模型，/n步骤4：采用均一离散法求解气泡群体平衡模型，得到均一离散的气泡动量；/n步骤5：基于CFD-PBM耦合模型，确定云空化时的空泡大小分布。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于CFD-PBM耦合模型对云空化时的空泡大小分布的分析方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤1：采用空化模型，建立运输方程的空化模型，确定质量输运速率；
步骤2：进行大涡模拟，采用SSTk-ω模型，优化运输方程；
步骤3：根据优化后的运输方程，建立气泡群体平衡模型，
步骤4：采用均一离散法求解气泡群体平衡模型，得到均一离散的气泡动量；
步骤5：基于CFD-PBM耦合模型，确定云空化时的空泡大小分布。
2.根据权利要求1所述的一种基于CFD-PBM耦合模型对云空化时的空泡大小分布分析方法，其特征是：所述步骤1具体为：
步骤1.1：采用空化模型，建立混合物的密度和压力的关系，通过下式表示所述关系：
ρ＝f(p)(1)
其中，ρ为混合物密度，p为压力；
步骤1.2：建立运输方程的空化模型，通过下式表示所述运输方程的空化模型：
其中，为空化过程中的蒸发源项；为空化过程中的凝结源项，ρv为气体密度，αv为气体体积分数，t为时间，V为流体运动速度；
步骤1.3：在不考虑不可凝结气体时，空泡表面的压力pR采用用饱和蒸气压pv表示，采用ZGB模型中用空泡的数量密度n来表示单位体积内的质量输运速率，通过下式表示质量运输速率：
其中，为质量运输速率，p∞为参考压力，R为初始流场中气核的半径，ρl为液体密度。
3.根据权利要求1所述的一种基于CFD-PBM耦合模型对云空化时的空泡大小分布分析方法，其特征是：所述步骤2具体为：
步骤2.1：重新引入质量、动量守恒方程的张量形式，忽略质量力，建立质守恒方程，通过下式表示质量守恒方程和动量守恒方程：
其中，ui为i方向的混合物的速度分量，xi为i方向的长度；
引入Favre过滤，优化上式(4)和式(5)得到下式：
其中，τij为亚格子应力
步骤2.2：SSTk-ω模型在近壁区利用k-ω模型捕捉黏性底层，在主流区利用k-ε模型避免k-ω模型对初始条件敏感的劣势，优化运输方程，通过下式表示优化后的输运方程：
其中，k为湍流脉动动能，ω为湍流频率，Γk和Γω分别为表征湍流脉动动能和湍流频率的扩散项，和Gω分别为表征湍流脉动动能和湍流频率的生成...
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