[发明专利]一种随机分布疏水点的池沸腾数值模拟方法

权利要求书

1.一种随机分布疏水点的池沸腾数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、确定计算域大小和工况参数，确定计算域大小，确定饱和温度下的不限于气液共存密度、黏度的参数；

步骤2、确定数值模拟策略，根据模拟需要，明确加热器大小和方向，亲水性接触角和疏水性接触角大小的模拟工况，构建伪势相变格子Boltzmann模型；

步骤3、生成混合润湿性表面，在构建伪势相变格子Boltzmann模型中实施亲疏水混合润湿性表面随机自动生成疏水点分布策略，生成亲疏水混合表面；

步骤4、数值模拟并输出结果，求解步骤3中所述伪势气液相变格子Boltzmann模型，采用BGK碰撞算子的单松弛粒子分布函数演化方程或者多松弛时间碰撞迁移模型演化方程。

2.如权利要求1所述的一种随机分布疏水点的池沸腾数值模拟方法，其特征在于，所述步骤3中亲疏水混合润湿性表面随机自动生成疏水点分布策略具体为：根据需要的亲水性接触角和疏水性接触角大小，得到分别对应的亲水点壁面接触角用流固作用力系数G_x亲和疏水点壁面接触角用流固作用力系数G_x疏；使用随机函数自动生成数量和大小被指定、位置随机的疏水点，布置于亲水性表面上，形成亲疏水混合表面；所述疏水点接触角大于90度。

3.如权利要求2所述的一种随机分布疏水点的池沸腾数值模拟方法，其特征在于，所述随机函数及其约束条件为：

当需要设置N个疏水点，疏水点大小为一个格子单位，二维计算域的格子数量为NX*NY时，采用以下函数来生成随机分布的疏水点：

[N₁ N₂ ... N_N-1 N_N]＝randi([1,NX],1,N) (1)

N_i+1-N_i＞L_b；i＝1,2,...,N-1 (2)

N₁+N_N＞(NX+1-L_b) (3)

其中公式(1)的randi([1，NX]，1，N)记为一个能够在1～NX范围内随机生成N个自然数的函数，将自然数从小到大排列，从左向右依次放入左边的行向量中，自然数的数值大小代表疏水点的位置；公式(2)作为公式(1)的约束条件，用以保证随机生成的N₁～N_N共N个自然数大小互不相同。相邻的自然数之间的最小距离为自然数L_b，表示相邻疏水点之间的最小距离，用于防止疏水点分布过于密集，根据需要设置其大小；由于计算域水平方向采用周期性边界条件，通过公式(3)来保证公式(1)中生成的最小自然数N₁与最大自然数之N_N分别对应的疏水点之间最小距离为L_b，由此可获得给定数量任意分布的疏水点；

将常数G_x亲赋予流固壁面上每个点，再将G_x疏赋予[N₁ N₂ ... N_N-1 N_N]，这N个疏水点自动覆盖相应位置上的亲水点，在数值模拟中得到能代表接触角大小的亲疏水混合表面。

4.如权利要求1所述的一种随机分布疏水点的池沸腾数值模拟方法，其特征在于：所述步骤4中求解温度场分布，包括通过格子Boltzmann方法求解微观温度分布函数或者通过有限差分方法求解宏观温度场分布。

如权利要求1所述的一种随机分布疏水点的池沸腾数值模拟方法，其特征在于，所述步骤4中BGK碰撞算子的单松弛粒子分布函数演化方程为：

f_i(x,t)为t时刻位于x处i方向上的粒子分布函数，τ是松弛时间，Δf_i(x,t)是重力等体积力项，δ_t是时间步长，f_i^eq(x,t)是相应的平衡态分布函数，表达式如下：

其中ω_i是权系数，e_i是沿着i方向的离散速度，u是宏观速度。

5.如权利要求1所述的一种随机分布疏水点的池沸腾数值模拟方法，其特征在于，所述步骤4中多松弛时间碰撞和迁移模型演化方程分别为：

f_i(x+e_iδ_t,t+δ_t)＝f_i^*(x,t) (7)

式中F_i表示粒子受到i方向的外力，其中M是正交转换矩阵，f^*＝M^-1m^*；Λ是对角矩阵，通过正交转换矩阵M将粒子分布函数和平衡态分布函数从速度空间向矩阵空间转换。