一种曲线坐标系下可压缩两相流界面条件构建方法技术

本发明专利技术一种曲线坐标系下可压缩两相流界面条件构建方法，将传统的笛卡尔坐标系下的界面流动数值模拟技术进行推广，使之适用于一般曲线坐标系下不同流体界面演变的流场仿真。包括：通过坐标变换，将表征界面位置信息的水平集方程和重新初始化方程转化到一般曲线坐标系下进行求解；将反映两相流动作用的虚拟流体方法推广到一般曲线坐标系下进行界面条件定义。其优点在于：改进的曲线坐标系下的水平集方法适用于在任意结构网格下表征界面动态位置信息；改进的曲线坐标系下的虚拟流体方法可以应用于常规的CFD软件，使之具备模拟两相流动的能力；采用坐标变换法设计的界面条件表达形式适用于在复杂外形下基于曲线网格对可压缩两相流界面问题进行求解。

【技术实现步骤摘要】
一种曲线坐标系下可压缩两相流界面条件构建方法
本专利技术属于计算流体力学
，具体涉及一种曲线坐标系下可压缩两相流界面条件构建方法。
技术介绍
可压缩两相流界面运动产生的动力学特性对含液滴、气泡、弹塑性壁面的高速流场的研究具有非常重要的意义。高置信度的数值模拟作用日益增强，已经完全可以代替一些昂贵的、危险的、甚至难以实施的实验，大大降低研制成本，缩短研制周期，正在发挥越来越重要的作用。由于界面两侧不同流体的物性参数差异很大，如果将模拟单介质流体的数值格式直接应用于模拟多介质流体问题，数值不稳定可能会出现。尤其当激波等高度非线性波与界面作用时，界面附近很容易出现非物理振荡，甚至使得计算难以进行。虚拟流体方法将界面看成一类特殊的边界来处理，基于两相流黎曼问题解在界面附近的虚拟流场构建边界条件，可以避免界面附近的数值不稳定，也容易推广到多维。但是，上述技术主要应用于笛卡尔网格，目前无法在一般曲线坐标系下使用。
技术实现思路
本专利技术旨在提出一种曲线坐标系下可压缩两相流界面条件构建方法，基于坐标变换，将传统的笛本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种曲线坐标系下可压缩两相流界面条件构建方法，其特征在于，包括步骤如下：/n1)根据每个物理网格节点符号距离函数φ的初始值，分别定义每种流体界面外的虚拟流体区域；两相邻流体的介质属性不同且两相邻流体互不相融；所述介质属性不同具体为：两相邻流体的速度、压力或密度至少一项不同；所述流体均为可压缩流体；所述虚拟流体区域包含界面附近另一种流体的3-5个物理网格节点；所述物理网格是利用网格生成软件对计算流场区域进行网格划分获得；/n2)利用一般曲线坐标系下的水平集方程，更新步骤1)所述符号距离函数φ的初始值，获得更新后的符号距离函数φ；/n3)根据步骤2)所述更新后的符号距离函数φ，求解一般曲线坐标...

【技术特征摘要】
1.一种曲线坐标系下可压缩两相流界面条件构建方法，其特征在于，包括步骤如下：
1)根据每个物理网格节点符号距离函数φ的初始值，分别定义每种流体界面外的虚拟流体区域；两相邻流体的介质属性不同且两相邻流体互不相融；所述介质属性不同具体为：两相邻流体的速度、压力或密度至少一项不同；所述流体均为可压缩流体；所述虚拟流体区域包含界面附近另一种流体的3-5个物理网格节点；所述物理网格是利用网格生成软件对计算流场区域进行网格划分获得；
2)利用一般曲线坐标系下的水平集方程，更新步骤1)所述符号距离函数φ的初始值，获得更新后的符号距离函数φ；
3)根据步骤2)所述更新后的符号距离函数φ，求解一般曲线坐标系下符号距离函数的重新初始化方程，直至获得重新初始化方程的稳定解，将稳定解作为修正后的符号距离函数φ；
4)根据步骤3)所述修正的符号距离函数φ，更新流体界面位置信息；
5)根据步骤1)所述流体界面外的虚拟流体区域，对虚拟流体区域的每一个虚拟流体节点P，寻找界面另一侧真实流体区域的真实流体节点P’，使得虚拟流体节点P的界面单位法向量n与真实流体节点P’的界面单位法向量n′形成的夹角θ最小；所述每个节点的界面法向根据步骤1)所述符号距离函数φ的初始值确定；其中，θ＝arccos(n·n′)；
6)将步骤5)所述虚拟流体节点P及真实流体节点P’的速度场分别投影到界面法向，获得虚拟流体节点P和真实流体节点P’的界面法向速度un；
7)根据步骤6)所述虚拟流体节点P和真实流体节点P’的界面法向速度un和虚拟流体节点P和真实流体节点P’对应的压力和密度，构造并求解界面法向上的两相流黎曼问题，获得界面压力pI、界面法向速度un,I和界面两侧密度ρIL,ρIR；
8)根据步骤7)所述界面压力pI、界面法向速度un,I和界面两侧密度ρIL,ρIR，定义虚拟流体节点P的界面条件；
9)重复步骤5)～8)，直至获得每种流体虚拟流体区域的所有虚拟流体节点P的界面条件；
10)根据步骤9)所述界面条件为当前计算时刻的界面条件，对于下一计算时刻界面条件的构建，重复步骤1)～9)。


2.根据权利要求1所述的一种曲线坐标系下可压缩两相流界面条件构建方法，其特征在于，步骤2)所述一般曲线坐标系下的水平集方程，具体为：
φt+Uφξ+Vφη+Wφζ＝0；
U＝ξxu+ξyv+ξzw；
V＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：许亮，覃建秀，杨武兵，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11