一种适用于可压缩两相流的计算模拟方法技术

本发明专利技术提出了一种适用于可压缩两相流的计算模拟方法，该方法采用五方程模型描述可压缩两相界面的流动，将五方程与刚性气体状态方程耦合使得方程组封闭。本发明专利技术采用有限体积法离散化方程组，采用三阶TVD格式对原始变量进行空间重构，采用HLLC近似黎曼求解器求解单元边界的数值通量，采用三阶显式的龙格‑库塔格式进行时间推进。本发明专利技术的计算模拟方法可以准确地捕捉到激波间断、物质接触间断和膨胀波，为两相流的数值模拟研究提供了可靠的数值模拟平台。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于可压缩两相流的计算模拟方法
本专利技术属于计算流体力学
，具体涉及一种适用于可压缩两相流的计算模拟方法。
技术介绍
可压缩两相流是一个活跃且具有挑战性的研究领域，在理论研究以及工程应用中都具有重要的意义，并且广泛存在于航空航天、化工生产、生物医学、农业生产等领域中。在航空航天等领域，激波与液滴的相互作用是典型的两相流问题。当飞行器高速地穿过云层或者雨区时，飞机表面附近产生的激波与空气中悬浮的雨滴发生相互作用，雨滴在破碎过程中会使飞行器表面受到损伤，即雨滴侵蚀现象。深入研究激波与液滴相互作用的物理机制，可有效地减小雨滴侵蚀对飞行器带来的影响。此外，超燃冲压发动机燃烧室在超声速条件下的雾化研究是保证其在启动工况下可靠运行的关键。当气流以超声速流入燃烧室时，液体燃料喷射需要在极短的时间内完成雾化、蒸发以及复杂的燃烧过程，这涉及到激波与液体燃料的复杂相互作用。因此，研究并获得激波与液滴的物理规律对指导高速飞行器、超燃冲压发动机以及雾化装置的设计有着重要意义。在叶轮机械与舰船结构等领域，空化是典型的两相流流动过程。空化是流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于可压缩两相流的计算模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤1：根据需要计算模拟的可压缩两相流确定计算域，根据计算网格点数将计算域离散为均匀的网格点，并输入网格点信息，包括所有网格点上的速度、密度和压力；/n步骤2：采用有限体积法对控制方程组进行离散，获得方程组的半离散形式；/n步骤3：采用三阶TVD格式对离散后的控制方程组进行空间重构，获得单元边界两侧的原始变量；/n步骤4：采用HLLC黎曼求解器求解单元边界处的通量；/n步骤5：将刚性气体状态方程与流动求解器相结合以模拟气液两相；/n步骤6：模拟步骤5中气液两相的混合规律；/n步骤7：根据界面通量求解残差，并将半离散有限体积...

【技术特征摘要】
1.一种适用于可压缩两相流的计算模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：根据需要计算模拟的可压缩两相流确定计算域，根据计算网格点数将计算域离散为均匀的网格点，并输入网格点信息，包括所有网格点上的速度、密度和压力；
步骤2：采用有限体积法对控制方程组进行离散，获得方程组的半离散形式；
步骤3：采用三阶TVD格式对离散后的控制方程组进行空间重构，获得单元边界两侧的原始变量；
步骤4：采用HLLC黎曼求解器求解单元边界处的通量；
步骤5：将刚性气体状态方程与流动求解器相结合以模拟气液两相；
步骤6：模拟步骤5中气液两相的混合规律；
步骤7：根据界面通量求解残差，并将半离散有限体积格式转化为时空全离散有限体积格式，全流场进行时间推进求解，得到最终的流场解。


2.根据权利要求1所述一种适用于可压缩两相流的计算模拟方法，其特征在于：步骤2中，采用五方程模型描述两相流体的流动，所述五方程模型包括两相流体各自的连续方程、统一的动量方程、统一的能量方程和体积分数输运方程。


3.根据权利要求2所述一种适用于可压缩两相流的计算模拟方法，其特征在于：步骤2中，不考虑粘性效应和表面张力的控制方程写为以下形式：



其中，U为控制方程的守恒变量，F为x方向的通量，G为y方向的通量，S为源项，定义如下：



ρ1和ρ2分别表示两相的密度，α1和α2分别表示两相的体积分数，下标1和2分别表示两相的物理量；ρ,u,v,p分别表示两相流体的混合密度，混合速度、混合压力，ρu和ρv表示两相流体的总动量，E表示两相流体的总动能。


4.根据权利要求3所述一种适用于可压缩两相流的计算模拟方法，其特征在于：步骤2中，考虑计算的网格单元为[xi-Δx/2,xi+Δx/2]，不考虑体积输运方程的控制方程组的半离散形式为：



其中，表示守恒变量的单元平均值，Fi-1/2和Fi+1/2分别表示单元左边界i-1/2和右边界i+1/2的数值通量；对于体积分数输运方程进行链式求导



得到方程的半离散形式为：



...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈娇娇，屈峰，钟家祥，黎明，白俊强，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61