[发明专利]在复杂相变特性流体环境中的微透镜热回流工艺分析方法

权利要求书

1.一种热回流工艺分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：根据热回流实验涉及的两相流体的整个流动区域，建立整体的三维几何模型，该整体的几何模型为一个长方体，其表面即为计算的边界，其内部即为计算域；利用仿真计算前处理软件划分网格，设置初步的边界条件和计算域内流体的性质；将网格导入FLUENT软件中，设置用于仿真计算的计算模型，从而确定相应的控制方程；设置计算域内材料参数和计算边界的边界条件；在计算域内，距离底部计算边界一定高度处设置监控点，用于采集该点处温度值在仿真计算过程中随时间的变化情况；设置求解控制方程的计算方法并给求解计算中涉及到的变量设置初值，基于这些初值和计算方法，对控制方程进行迭代计算；最后对所述监控点处得到的数据进行处理，拟合得到该处的温度时间函数；

步骤2：取步骤1中整体几何模型的一部分作为局部研究对象，建立一个局部的三维的几何模型，为了简化计算量，仅取局部三维几何模型的一个截面，建立一个二维几何模型，用于之后的仿真计算，该二维几何模型的边线为计算边界，内部为计算域；

步骤3：用前处理软件对步骤2中的二维几何模型进行网格划分，设置初步的边界条件和流体区域；

步骤4：将步骤3中的网格导入FLUENT软件中，根据热回流实验过程中，两种流体的流动状态和仿真计算需要达到的目的，定义用于仿真计算热回流过程的计算模型，从而将几何模型转化为仿真模型，同时也就确定了求解计算该过程的控制方程；在仿真软件中定义实验中涉及到的材料的参数；

步骤5：设置步骤4中的仿真模型的边界条件和求解步骤4中控制方程的数值计算方法；

步骤6：给控制方程中涉及到的变量赋初始，基于这些初值和步骤5中的数值计算方法，对控制方程进行迭代计算。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤7：利用步骤1到步骤6所述的方法对微透镜的热回流过程进行仿真计算和结果后处理与分析；分析回流过程中的速度矢量图、两相体积分数云图以及回流轮廓随时间变化的情况，准确仿真微透镜的热回流过程以及揭示微透镜在具有复杂相变特性流体环境中的热回流成型机理，对各种结构微透镜和多种工艺参数的具有相变特性的热回流过程进行预测。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1具体实现包括如下子步骤：

子步骤1.1：忽略回流过程中两相流体的相互作用，主要考虑整个实验系统的温度场变化；由于两相的热参数较为相近，整个计算域内流体简化为单相流体，然后利用软件建立整体的几何模型；

子步骤1.2：利用软件对整体几何模型进行网格划分，划分六面体网格，并设置初步的边界条件和计算域属性；

子步骤1.3：将步骤1.2中的计算网格导入FLUENT软件中，打开层流模型、能量模型和融化凝固模型，设置顶部和两侧壁面为热对流壁面边界条件，设置对流换热系数和来流温度，设置底部壁面为恒温边界条件，设置热阻和温度；

子步骤1.4：采用基于压力的隐式求解器对具有相变特性的微透镜的热回流流场进行数值模拟，用半隐式算法求解压力耦合方程，压力插值格式选用交错压力格式，梯度离散方法选用基于单元体的最小二乘法插值格式，动量方程和能量方程的离散方法选用二阶迎风插值格式，体积分数离散方法选用压缩插值格式，瞬态项格式选用一阶隐式；

子步骤1.5：在距底面一定高度处中心设置温度随时间变化监控点，记录温度时间数据；之后，初始化流场，进行迭代计算。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2具体实现方法为：

在整个微透镜回流过程中，每个透镜看作是等效的，整个实验系统可以看成由许多周期性结构组成，取其中一部分作为研究对象，为了简化计算，取该部分的一个截面为研究对象，利用软件建立二维几何模型。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3具体实现方法为：

利用软件划分网格，划分四边形网格，初步设置边界条件，在之后的步骤再进行细致的设置，设置流体区域属性。