[发明专利]基于gerris软件的单液滴撞击平坦固体表面的自适应动态网格仿真检测方法

说明书

本发明公开了一种基于gerris软件的单液滴撞击平坦固体表面的自适应动态网格仿真检测方法，(1)在gerris软件中建立液滴和平坦固体光滑表面初始模型：(2)将步骤(1)中建立好的初始模型划分初始网格，在液滴界面处进行局部加密：(3)设置两相流的初始体积分数，以便在撞击过程中进行界面追踪和重建：(4)设置液滴物理属性以及运动参数；(5)设置自适应网格的粗化与细化的范围以及阈值参数；(6)设置初始条件和边界条件；(7)设置离散时间间隔和总时间，设置输出格式为tecplot格式，输入并行指令进行并行计算：(8)将输出的tecplot格式导入tecplot中显示云图，进行结果分析；该方法能够实现对单液滴撞击平坦固体表面的仿真模拟检测。

技术领域

本发明涉及液滴撞击模拟领域，特别是涉及一种基于gerris软件的单液滴撞击平坦固体表面的自适应动态网格仿真检测方法。

背景技术

液滴撞击固体表面在许多工程应用中十分常见，例如农药喷雾、打印喷涂以及内燃机内部燃油撞壁等问题。液滴撞击后会产生复杂的形变，垂向速度会很快转化为径向的射流，甚至会伴随有二次子液滴的产生。从相关文献可以看到液滴的粘度、表面张力、密度、液滴尺寸、撞击速度、固体表面的粗糙度和润湿性等相关因素对撞击结果有重要的影响。从实验上可以看到液滴撞击后的形变过程虽然有所不同，但基本撞击结果大约有三种：即沉积、反弹和飞溅。

近来年，由于实验研究成本过高，数值仿真技术被大量地运用到了解决复杂流体问题中。VOF、CLSVOF、相场动力学、格子波尔兹曼方法、耗散粒子动力学以及光滑粒子动力学等方法分别被运用到液滴撞击领域中，模拟得到的结果与实验取得高度的一致性。值得一提的是，模拟手段对改变撞击参数更为简单，且能给出液滴内部的动力学信息，例如压力、速度等，这将有利于某些流动现象的机理解释。然而，已有的研究多数是基于静态网格，也就是网格化分后，网格不再变化，这不利于捕捉像液滴这样形变较大的流体。若要使用静态网格精确捕捉，就需要细化整个计算域，这不利于减少计算时间。而动态自适应网格可以精确捕捉所设定的物理量的变化，在物理量变化剧烈的地方自动细化网格，而在物理量变化不剧烈的地方自动粗化网格加快计算。

因此，当下需要迫切解决一个技术问题是：1)如何使用模拟计算取代实验仍然能获得精确的结果；2)如何在模拟计算中用最少的网格精确获得界面形变，节约计算物理时间。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于gerris软件的单液滴撞击平坦固体表面的自适应动态网格仿真检测方法，通过gerris内部二阶精度的离散格式，利用成熟的VOF界面追踪技术以及自适应动态网格手段实现对单液滴撞击平坦固体表面的仿真模拟检测。

本发明提供了一种基于gerris软件的单液滴撞击平坦固体表面的自适应动态网格仿真检测方法包括如下步骤：

(1)在gerris软件中建立液滴和平坦固体光滑表面初始模型：确定液滴质心位置、液滴半径和撞击距离；

(2)将步骤(1)中建立好的初始模型划分初始网格，特别地，在液滴界面处进行局部加密：液滴界面局部区域内加密等级选择9，其余选择6；

(3)设置两相流的初始体积分数，以便在撞击过程中进行界面追踪和重建：选择液滴为第一相，相分数设为1；选择空气为第二相，相分数设为0；

(4)设置液滴物理属性(包括粘度、密度和界面张力)以及运动参数：液滴为牛顿流体，其物理属性包括粘度、密度和界面张力；运动参数包括撞击速度；

(5)设置自适应网格的粗化与细化的范围以及阈值参数：设置粗化等级为8，细化最高值等级10；

(6)设置初始条件和边界条件：设置壁面为无滑移壁面并设置相应的壁面接触角，其余边界为压力边界，压力为0.1Mpa；