[发明专利]一种高效的两相流无网格数值模型实施方法、装置

权利要求书

1.一种高效的两相流无网格数值模型实施方法，其特征在于，包括步骤：

S1，建立数值波浪水槽，在流体区域布置水粒子；

S2，当结构物腔室处于封闭状态时，封闭次数k＝k+1，执行S3；若结构物室腔不满足封闭状态，则封闭次数k＝0，仅水粒子进行控制方程计算，并使用四阶龙格库塔法对控制方程计算结果进行积分，其中用于获取时间步长的库朗数CFL值取2.2；

S3，若k1，水粒子和空气粒子均进行控制方程计算，并使用四阶龙格库塔法对控制方程计算结果进行积分，其中用于获取时间步长的库朗数CFL值取0.25；若k＝1，生成空气粒子，水粒子和空气粒子均进行控制方程计算，并使用四阶龙格库塔法对控制方程计算结果进行积分，其中用于获取时间步长的库朗数CFL值取0.25；

S4，t＝t+△t，结构物腔室满足封闭条件时，封闭次数k＝k+1，水粒子和空气粒子均进行控制方程计算，并使用四阶龙格库塔法对控制方程计算结果进行积分，其中用于获取时间步长的库朗数CFL值取0.25；结构物腔室不满足封闭条件时，k＝0，删除所有空气粒子，水粒子进行控制方程计算，并使用四阶龙格库塔法对控制方程计算结果进行积分，其中用于获取时间步长的库朗数CFL值取2.2，其中△t为时间步长；

S5，判断是否满足时间终止条件：ttend，若满足，则结束计算；不满足时间终止条件时，返回S2。

2.根据权利要求1所述的两相流无网格数值模型实施方法，其特征在于，所述控制方程为：

其中：ρ、u、p、g分别为粒子的密度、速度、压强和重力加速度，W表示光滑核函数，r_i表示粒子i的位置，V表示体积，c₀表示声速，ρ₀表示水的初始密度，m为质量，j表示粒子j，F(p_i，p_j)是压力梯度项的离散形式。

3.根据权利要求1所述的两相流无网格数值模型实施方法，其特征在于，采用四阶龙格库塔对控制方程计算结果进行积分计算，时间步长Δt按下式计算：

其中：h为光滑长度，c＝c₀，表示声速。

4.根据权利要求2所述的两相流无网格数值模型实施方法，其特征在于，将流体分为三部分：Ω₁表示所有的空气粒子，Ω₂表示与空气粒子相互作用的水粒子，Ω₃表示与空气粒子不相互作用的水粒子，当粒子i和粒子j相互作用时，压力梯度项具体为：

(1)若粒子i或粒子j属于Ω₁，或者，粒子i和粒子j均属于Ω₂时：

(2)若粒子i属于Ω₂且粒子j属于Ω₃时：

(3)若i粒子属于Ω₃且j粒子属于Ω₂时：

(4)若i粒子和j粒子均属于Ω₃时：

其中，p_b为背景压强。

5.根据权利要求2所述的两相流无网格数值模型实施方法，其特征在于，所述生成空气粒子的具体过程为：

在腔室内按照初始粒子分布间距Δx布满空气粒子，定义空气粒子的C值为1，计算每个空气粒子的λ值：

此时j粒子仅为水粒子，定义水粒子的C值为-1，随后删除λ_i≥1.5的空气粒子；

计算保留下来的每个空气粒子的CT值：

此时j粒子为水粒子和空气粒子，随后删除CT0的空气粒子；

对最后保留下来的空气粒子的位置进行如下修正：

其中：β为常数，粒子i仅为空气粒子，粒子j为空气粒子和水粒子，W表示光滑核函数，r_i表示粒子i的位置，V表示体积，u为粒子的速度；

上述空气粒子修正过程使用四阶龙格库塔法进行数值积分，时间步长采用当修正过程中的空气粒子的最大速度小于0.01时，修正过程完成。