[发明专利]一种流固耦合网格建模以及流固双向耦合计算方法

说明书

本发明涉及数据处理技术领域，具体涉及一种流固耦合网格建模以及流固双向耦合计算方法，包括建立TCP协议通讯模块，实现Porepy软件和PFC3D软件通信；PFC3D软件进行流畅建模，得到颗粒流模型，同时Porepy软件进行岩土体颗粒建模，得到模型流体场网格；PFC3D软件基于颗粒流模型和模型流体场网格计算每个单元的渗透系数和非达西系数；Porepy软件基于渗透系数和非达西系数进行流场计算，得到流场结果；PFC3D软件调用CFD模块，基于流场结果进行流固耦合计算，得到新渗透系数和新非达西系数并重新计算流场结果，直至重复次数达到预设次数，得到计算结果，解决了现有的流固耦合计算方法的计算效率低的问题。

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种流固耦合网格建模以及流固双向耦合计算方法。

背景技术

离散单元法(DEM)将土体视为离散颗粒的堆积体，给定颗粒间的接触模型，依据牛顿第二定律，计算颗粒的位移和速度，即可模拟颗粒材料在不同加载环境下的宏细观响应。将DEM与计算动力学(CFD)建立流固耦合方法，模拟液体作用下宏细观尺度下土颗粒的迁移运动。

以离散单元为基础假定的PFC3D软件被广泛应用于岩土体的数值模拟中，对研究细观尺度下岩土体变形破坏起到了积极的意义。以PFC3D软件为CFD-DEM流固耦合实现方法，现有几种不同的实现手段，比如CCFD-PFC3D、OpenFOAM-PFC3D、FiPy-PFC3D等。虽然基于PFC3D软件实现的CFD-DEM流固耦合模拟方法在岩土工程中的应用也越来越多，但是现有的流固耦合方法，流体计算程序多采用Navier-Stokes连续方程和流体动量方程计算流体的速度场、梯度场等，适用领域多在航空和水利工程领域；而针对岩土工程，主要以渗透系数表征土体水体流动的难易，工程现场得到的渗透系数不能直接用于Navier-Stokes连续方程的求解，依据现有的Navier-Stokes求解计算的难度，流场计算与工程现场勘察设计参数之间的联系，以及流体网格收敛计算的要求等问题，目前还无法进行工程尺度下的流固耦合计算。

现有实现方法中，CFD和DEM流固耦合计算中，双向计算需要对流场和颗粒位移进行信息交互计算，现在实现难度大，不同计算机语言之间要经过多次转换，导致程序需要不断的调试，才能顺利实现流固单向或双向耦合，在计算过程中，会出现报错，计算中断等情况，计算效率低，限制了CFD-DEM流固耦合计算的进一步推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种流固耦合网格建模以及流固双向耦合计算方法，旨在解决现有的流固耦合计算方法的计算效率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种流固耦合网格建模以及流固双向耦合计算方法，包括以下步骤：

S1建立TCP协议通讯模块，实现Porepy软件和PFC3D软件通信；

S2所述PFC3D软件进行流畅建模，得到颗粒流模型，同时所述Porepy软件进行岩土体颗粒建模，得到模型流体场网格；

S3调用所述TCP协议通讯模块将所述模型流体场网格导入所述PFC3D软件，所述PFC3D软件基于所述颗粒流模型和所述模型流体场网格计算每个单元的渗透系数和非达西系数；

S4调用所述TCP协议通讯模块将所述渗透系数和所述非达西系数导入所述Porepy软件，所述Porepy软件基于所述渗透系数和所述非达西系数进行流场计算，得到流场结果；

S5调用所述TCP协议通讯模块将所述流场结果导入所述PFC3D软件，所述PFC3D软件调用CFD模块，基于所述流场结果进行流固耦合计算，得到新渗透系数和新非达西系数；

S6调用所述TCP协议通讯模块将所述新渗透系数和新非达西系数导入Porepy软件，并重复步骤S4至S6，直至重复次数达到预设次数，得到计算结果。

其中，所述模型流体场网格为六面体八节点单元。