[发明专利]激光束与粉末颗粒光固耦合过程的介观模拟方法

权利要求书

1.激光束与粉末颗粒光固耦合过程的介观模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、在介观尺度下建立粉床的三维随机分布颗粒堆积模型，所述三维随机分布颗粒堆积模型通过向介观尺度下粉床部分及其上方空气区域组成的计算区域内随机填充粉末颗粒形成；

B、构建所述三维随机分布颗粒堆积模型的控制方程；

C、采用多相流算法在控制方程约束下解算所述三维随机分布颗粒堆积模型以获取熔化流动过程。

2.根据权利要求1所述的激光束与粉末颗粒光固耦合过程的介观模拟方法，其特征在于，步骤A采用如下方法在介观尺度下建立仅含有单一粉末粉床的随机分布颗粒堆积模型：

首先，对计算区域内单一粉末颗粒即将填充的区域进行局部网格细分，上方空气区域保持粗网格状态；

接着，初始化计算区域得到介观尺度下单一粉末粉床的随机分布颗粒堆积模型。

3.根据权利要求1所述的激光束与粉末颗粒光固耦合过程的介观模拟方法，其特征在于，步骤A采用如下方法在介观尺度下建立复合粉末粉床的随机分布颗粒堆积模型：

首先，对计算区域内粉末即将填充的区域进行局部网格细分，上方空气区域保持粗网格状态；

接着，初始化计算区域得到介观尺度下单一合金材料粉末颗粒的随机分布模型；

然后，在单一合金材料粉末颗粒的间隙中随机填充增强相粉末颗粒得到复合粉末粉床的随机分布颗粒堆积模型。

4.根据权利要求2或3所述的激光束与粉末颗粒光固耦合过程的介观模拟方法，其特征在于，步骤B中构建的随机分布颗粒堆积模型的控制方程包括：质量守恒方程：

∂ρ∂t+∂(ρu)∂x+∂(ρv)∂y+∂(ρw)∂z=0;]]>

能量守恒方程：

∂(ρT)∂t+∂(ρuT)∂x+∂(ρvT)∂y+∂(ρwT)∂z=∂∂x(k∂T∂x)+∂∂y(k∂T∂y)+∂∂z(k∂T∂z)+Sh;]]>

动量守恒方程：

∂(ρu)∂t+∂(ρuu)∂x+∂(ρuv)∂y+∂(ρuw)∂z=-∂p∂x+∂∂x[μ(2∂u∂x-23▿v)]+∂∂y[μ(∂u∂y+∂v∂x)]+∂∂z[μ(∂u∂z+∂w∂x)]+Sx,∂(ρv)∂t+∂(ρvu)∂x+∂(ρvv)∂y+∂(ρvw)∂z=-∂p∂y+∂∂y[μ(2∂v∂y-23▿v)]+∂∂x[μ(∂u∂y+∂v∂x)]+∂∂x[μ(∂u∂z+∂w∂y)]+Sy,∂(ρw)∂t+∂(ρuw)∂x+∂(ρvw)∂y+∂(ρww)∂z=-∂p∂z+∂∂z[μ(2∂w∂z-23▿v)]+∂∂x[μ(∂w∂x+∂u∂z)]+∂∂x[μ(∂w∂y+∂v∂z)]+Sz,]]>

其中，ρ、p、T分别为密度、压强、温度，u、v、w分别为x、y、z方向上的流体运动速度，k为导热率，μ为液体粘度，t为时间，为哈密顿算子，_h为能量守恒方程上的源项，S_x、S_y、S_z分别为动量守恒方程中x、y、z方向上的源项。

5.根据权利要求4所述的激光束与粉末颗粒光固耦合过程的介观模拟方法，其特征在于，步骤C的具体方法为：确定模型边界条件以及热源加载方式后，采用求解压力耦合的质量、能量、动量守恒方程进行迭代求解直至控制方程收敛。