[发明专利]描述颗粒凝并的时间驱动常体积方法和事件驱动常体积方法

摘要

描述颗粒凝并的时间驱动常体积方法和事件驱动常体积方法，属于颗粒群平衡的随机Monte Carlo模拟方法，目的在于克服现有“子系统”方法和“等数目权值模拟颗粒凝并准则”带来的局限性，建立一种新的“异数目权值模拟颗粒凝并准则”，并分别应用到基于“异数目权值模拟颗粒群”的时间驱动MC方法和事件驱动MC方法，用于描述颗粒凝并过程。本发明包括：初始化步骤、生成模拟颗粒步骤、循环步骤、设置时间步长步骤、检测凝并步骤、凝并后果处理步骤、时间长度判断步骤、循环次数判断步骤和输出步骤，本发明的时间驱动常体积方法和事件驱动常体积方法，均基于“异数目权值模拟颗粒凝并准则”，比传统MC方法具有同等的甚至更高的计算精度和扩展性能。

主权项

1.一种描述颗粒凝并的时间驱动常体积方法，包括：(1)初始化步骤，设定模拟时间长度TL、MC循环总次数NMC，输入模拟工况初始条件；(2)生成模拟颗粒步骤，采用“加权虚拟颗粒”方法产生数目权值不等的模拟颗粒群；(3)循环步骤，开始Monte Carlo循环；(4)设置时间步长步骤，依据所有模拟颗粒的凝并概率来设置时间步长ΔtT：$\Delta t_T=\alpha \times \min \{1/\underset{i=1,...,N_f}{\max }\left(V_s{C}_i\right)\}$ 其中α≤0.01为乘积因子，Vs为计算区域体积、量纲m3，Ci为单位时间单位体积内模拟颗粒i发生凝并事件的总概率、量纲为m-3·s-1，$C_i=\frac{1}{V_s^2}\underset{j=1,i\ne j}{\overset{N_f}{\Sigma }}\left({\beta }_{\mathrm{ij}}{w}_j\frac{{2w}_i{w}_j}{(w_i+w_j)\times \min \left(w_{i,}{w}_j\right)}\right)$ Nf为计算区域内模拟颗粒总数目，凝并核βij为单位时间内模拟颗粒i和j发生一次凝并事件的概率、量纲m3·s-1，wi为模拟颗粒i的数目权值，wj 为模拟颗粒j的数目权值；(5)检测凝并步骤，对于某颗模拟颗粒i，基于其凝并概率Ci、采用随机方法判断其在时间步长ΔtT内是否发生凝并事件，如果其参与凝并事件，采用累积概率法或接受拒绝法选择模拟颗粒i的凝并伙伴j，并临时保存模拟颗粒i和j的各种状态参数；如果模拟颗粒i未参与凝并事件，则遍历模拟颗粒群，继续对其它模拟颗粒进行检测，直到最后一颗模拟颗粒检测完毕；(6)凝并后果处理步骤，模拟颗粒群遍历结束后，对时间步长ΔtT内所检测到的所有凝并事件的后果进行处理：对于异数目权值模拟颗粒i和模拟颗粒j的凝并事件，模拟颗粒i数目权值为wi、尺度为vi；模拟颗粒j数目权值为wj、尺度为vj，凝并后的属性为：如果(wi)old＞(wj)old， $\left\{\begin{array}{c}{\left(w_i\right)}_{\mathrm{new}}={\left(w_i\right)}_{\mathrm{old}}-{\left(w_j\right)}_{\mathrm{old}};{\left(v_i\right)}_{\mathrm{new}}={\left(v_i\right)}_{\mathrm{old}};\\ {\left(w_j\right)}_{\mathrm{new}}={\left(w_j\right)}_{\mathrm{old}};{\left(v_j\right)}_{\mathrm{new}}={\left(v_i\right)}_{\mathrm{old}}+{\left(v_j\right)}_{\mathrm{old}}\end{array}\right.$ 如果(wi)old＜(wj)old，$\left\{\begin{array}{c}{\left(w_i\right)}_{\mathrm{new}}={\left(w_i\right)}_{\mathrm{old}};{\left(v_i\right)}_{\mathrm{new}}={\left(v_i\right)}_{\mathrm{old}}+{\left(v_j\right)}_{\mathrm{old}}\\ {\left(w_j\right)}_{\mathrm{new}}={\left(w_j\right)}_{\mathrm{old}}-{\left(w_i\right)}_{\mathrm{old}};{\left(v_j\right)}_{\mathrm{new}}={\left(v_j\right)}_{\mathrm{old}}\end{array}\right.$ 对于步骤(5)中检测到的所有凝并事件的后果均如上处理；(7)时间长度判断步骤，如果时间步长ΔtT的累加值超过了初始设定的模拟时间长度TL，进入步骤(8)，否则返回步骤(4)；(8)循环次数判断步骤，如果MC循环次数超过了初始设定的MC循环总次数NMC，进入步骤(9)，否则返回步骤(3)；(9)输出步骤，对多次MC循环结果进行平均，输出最终的模拟结果，结束。