一种基于气液两相流声速的仿真实验模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种基于气液两相流声速的仿真实验模拟方法，属于气液两相流技术领域，针对管道内存在的气液两相流条件进行模拟，包括两种不同流型的两相流中的当地声速模拟，分为分散均匀流模拟和分层流模拟；采用分层流模拟中的模拟模型分析两相流问题，对离散两相流下的声速进行仿真实验模拟，分层流模拟模型中，通过体积分数在网格面上的重构，将网格面上的通量分为两侧分别是气体

【技术实现步骤摘要】
一种基于气液两相流声速的仿真实验模拟方法


[0001]本专利技术属于气液两相流
，具体为一种基于气液两相流声速的仿真实验模拟方法。

技术介绍

[0002]飞行器速度接近音速时，飞行器前面的空气来不及恢复原状，一直处于压缩状态，不断叠加后阻力急剧增大，使飞行器产生强烈振荡、速度衰减，甚至会导致飞行器失控，这使得前人们一度以为音速是飞机速度不可逾越的障碍，被称之为音障。
[0003]突破音障时，由于飞行器本身对空气的压缩无法迅速传播，逐渐在其迎风面积累，形成激波面，在激波面上声学能量高度集中。激波面后方(post shock)压力升高，该压力超过常温条件下的饱和蒸汽压，引起空气中水蒸气雾化，也就是飞行器机翼附近出现的凝结雾。
[0004]在流体力学中，流体随压强的增大而体积缩小的性质，称为流体的压缩性。以上现象归根结底都是流体的可压缩性引起的。
[0005]在多相流中，即使是常态下的不可压缩流体，在一些条件下其可压缩性依然不可忽视。
[0006]空气动力学中，常常会提及马赫数。马赫数为物体速度与当地音速的比值大小，本质上体现流体被压缩的状态。流体的可压缩性通常借助马赫数进行判断，那么流体中的声速的计算就显得格外重要。
[0007]气液两相流表现出很多与单相流不同的性质。如气液两相流体中的音速远低于其中任何一种单相流体，当截面气含率在50％时，其音速仅为几十米每秒。如此低的音速使两相流体很容易实现超音速流动。超音速流动在受到干扰或背压影响的情况下可能发生激波，激波的发生将使两相压力突增，增加两相的化学势差，促进相变的发生。
[0008]现有技术中，例如管道系统在极端条件下会产生阻塞流、水锤等流体压缩现象，对管道系统的质量输送、管壁的稳定性产生影响，也是实际工程安全中需要考虑的问题。
[0009]为此，我们提出了一种基于气液两相流声速的仿真实验模拟方法对气液两相流声速的安全问题进行分析。

技术实现思路

[0010]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于气液两相流声速的仿真实验模拟方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0011]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于气液两相流声速的仿真实验模拟方法，针对管道内存在的气液两相流条件进行模拟，包括两种不同流型的两相流中的当地声速模拟，分为分散均匀流模拟和分层流模拟；
[0012]其中，分散均匀流模拟中，观察到小气泡弥散在主流流体中；
[0013]其中，分层流模拟中，观察到明显的气液交界面，上层为密度较小的气相，下层为
密度较大的液相；
[0014]采用分层流模拟中的模拟模型分析两相流问题，对离散两相流下的声速进行仿真实验模拟，分层流模拟模型中，通过体积分数在网格面上的重构，将网格面上的通量分为两侧分别是气体
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气体，气体
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液体和液体
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液体这三种情况，同时，时间积分采用4步Runge
‑
Kutta方法，空间离散则采用3阶Osher
‑
Chakravarthy TVD格式。
[0015]进一步优化本技术方案，所述分散均匀流模拟模型为
[0016]进一步优化本技术方案，所述分层流模拟模型为
[0017]进一步优化本技术方案，所述分层流模拟模型对离散两相流下的声速进行仿真实验模拟时，网格面上的最小网格尺度为5微米。
[0018]进一步优化本技术方案，所述网格面上的两侧是气体
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气体的同相通量时，通量计算采用AUSM+
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up格式进行计算。
[0019]进一步优化本技术方案，所述网格面上的两侧是液体
‑
液体的同相通量时，通量计算采用AUSM+
‑
up格式进行计算。
[0020]进一步优化本技术方案，所述网格面上的两侧是气体
‑
液体的不同相通量时，通量计算采用精确黎曼解来进行计算。
[0021]与现有技术相比，本专利技术提供了一种基于气液两相流声速的仿真实验模拟方法，具备以下有益效果：
[0022]1、该基于气液两相流声速的仿真实验模拟方法，通过采用分层流模拟模型对空气
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水两相流中的压力传播过程进行了仿真实验模拟，通过与实验和理论解的对比，验证了本方法在计算两相流声速方面的准确性。
[0023]2、该基于气液两相流声速的仿真实验模拟方法，由于两相流中的声速大小与两相流流型是密切相关的，本方法通过测量两相流中的声速判断内部的两相流的流型，为两相流流型的判断提供了一种思路。
附图说明
[0024]图1为本专利技术提出的一种基于气液两相流声速的仿真实验模拟方法中的网格收敛性测试结果示意图；
[0025]图2为本专利技术提出的一种基于气液两相流声速的仿真实验模拟方法中的两相混合流2D计算域设置示意图；
[0026]图3为本专利技术提出的一种基于气液两相流声速的仿真实验模拟方法中的离散的气液两相流声速随气含率α的变化趋势图。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术的实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]实施例一：
[0029]在一维单相流情境下，流体密度的变化与流动速度的变化可由下式描述，即：
[0030][0031]其中，M为马赫数。当M值较小时，流体可视作不可压缩状态；随着流速的增加，流体的密度逐渐减小，而当M＝1时(即流速达到声速)，质量通量ρu将达到最大值，此时的流速即称为临界流速。
[0032]实际上，而对于管道内存在气液两相流的条件下，情况与单相流又大为不同，针对管道内存在的气液两相流条件进行模拟，包括两种不同流型的两相流中的当地声速模拟，分为分散均匀流模拟和分层流模拟；
[0033]其中，分散均匀流模拟中，观察到小气泡弥散在主流流体中；
[0034]其中，分层流模拟中，观察到明显的气液交界面，上层为密度较小的气相，下层为密度较大的液相；
[0035]采用分层流模拟中的模拟模型分析两相流问题，对离散两相流下的声速进行仿真实验模拟，分层流模拟模型中，通过体积分数在网格面上的重构，将网格面上的通量分为两侧分别是气体
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气体，气体
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液体和液体
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液体这三种情况，同时，时间积分采用4步Runge
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Kutta方法，空间离散则采用3阶Osher
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Chakravarthy TVD格式。
[0036]具体的，所述分散均匀流模拟模型为
[0037]具体的，所述分层流模拟模型为
[0038]具体的，所述分层流模拟模型对离散两相流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于气液两相流声速的仿真实验模拟方法，针对管道内存在的气液两相流条件进行模拟，其特征在于，包括两种不同流型的两相流中的当地声速模拟，分为分散均匀流模拟和分层流模拟；其中，分散均匀流模拟中，观察到小气泡弥散在主流流体中；其中，分层流模拟中，观察到明显的气液交界面，上层为密度较小的气相，下层为密度较大的液相；采用分层流模拟中的模拟模型分析两相流问题，对离散两相流下的声速进行仿真实验模拟，分层流模拟模型中，通过体积分数在网格面上的重构，将网格面上的通量分为两侧分别是气体
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气体，气体
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液体和液体
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液体这三种情况，同时，时间积分采用4步Runge
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Kutta方法，空间离散则采用3阶Osher
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Chakravarthy TVD格式。2.根据权利要求1所述的一种基于气液两相流声速的仿真实验模拟方法，其特征在于，所述分散均匀流模拟模型为3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅彦国，
申请(专利权)人：上海积鼎信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：