[发明专利]一种单颗粒曳力模型系数标定方法

摘要

本发明公开了一种单颗粒曳力模型系数标定方法，其具体包括以下的步骤步骤一、采用数值计算方法得到准确的单颗粒运动时间历程变量Ptarget；步骤二、选定系数标定的基础模型，从该基础模型中获取多组设计变量分布aj，使用不同的样本点计算该单颗粒在不同样本点的速度时间历程Vi和阻力时间历程CDi；步骤三、建立响应面模型，并通过优化寻优寻找最小值，获取响应面最佳参数组合；步骤四、以响应面最佳参数组合作为输入开展气固两相流动计算，如果计算轨迹结果与标定的优化目标ΔP之间满足收敛条件，则认为响应面最佳参数组合为最终标定系数组，如不满足收敛条件则将计算出的新结果与原有计算结果合并重新生成新的响应面模型。从而对单颗粒曳力模型进行系数标定。

主权项

一种单颗粒曳力模型系数标定方法，其具体包括以下的步骤：步骤一、采用数值计算方法得到准确的单颗粒运动时间历程变量Ptarget，Ptarget＝ω1*Vtarget+ω2*CDtarget；其中ω1和ω2分别为权系数，Vtarget为该单颗粒的速度时间历程，CDtarget为该单颗粒的阻力时间历程；步骤二、选定系数标定的基础模型，从该基础模型中获取多组设计变量分布aj，使用不同的样本点计算该单颗粒在不同样本点的速度时间历程Vi和阻力时间历程CDi，采用关联函数关联得到Pi，Pi＝ω1*Vi+ω2*CDi；其中i为选取的样本点的个数，j为影响该单颗粒的历程的设计变量的个数；步骤三、以aj作为设计变量，以ΔP＝Pi‑Ptarget作为标定的优化目标，建立响应面模型，并通过优化寻优寻找最小值，获取响应面最佳参数组合；步骤四、以响应面最佳参数组合作为输入开展气固两相流动计算，如果计算轨迹结果与标定的优化目标ΔP之间满足收敛条件，则认为响应面最佳参数组合为最终标定系数组，如不满足收敛条件则将计算出的新结果与原有计算结果合并重新生成新的响应面模型，重新进行优化寻优，直至计算轨迹结果与标定目标ΔP满足收敛条件为止；其中采用CFD耦合六自由度运动方程计算该单颗粒的速度时间历程和阻力时间历程；将该单颗粒视为球形颗粒，首先根据需要标定的雷诺数范围选取对应的计算马赫数条件M，划分空间网格，耦合联立求解ALE形式的RANS方程与六自由度飞行力学方程，从而获取该单颗粒的速度时间历程Vtarget和阻力时间历程CDtarget,在地面惯性坐标系中考虑模型的平动运动，在计算模型坐标系中考虑模型的转动及平动运动，ρ为流体密度，d为颗粒直径，μ为粘性系数，vg为气相速度，vs为颗粒速度；六自由度飞行力学方程为：dvx/dt=Fxi/m=(Fxai+Fxei+Fxgi)/m]]>dvy/dt=Fyi/m=(Fyai+Fyei+Fygi)/m]]>dvz/dt=Fzi/m=(Fzai+Fzei+Fzgi)/m]]>dx/dt＝vxdy/dt＝vydz/dt＝vzdωxb/dt=[Mxb+(Iyyb-Izzb)ωybωzb]/Ixxb]]>dωyb/dt=[Myb+(Izzb-Ixxb)ωzbωxb]/Iyyb]]>dωzb/dt=[Mzb+(Ixxb-Iyyb)ωxbωyb]/Izzb]]>dθ/dt=ωybsinγ+ωzbcosγ]]>dψ/dt=(ωybcosγ-ωzbsinγ)/cosθ]]>dγ/dt=ωxb-(ωybcosγ-ωzbsinγ)tanθ;]]>vx、vy、vz为单颗粒模型在地面坐标系中的三个速度分量，为单颗粒模型所受总外力在地面坐标系中的三个分量，为单颗粒模型在计算模型坐标系中的三个角速度分量，为单颗粒模型所受力矩在计算模型坐标系上的三个分量，θ、ψ、γ分别为单颗粒模型的俯仰角、偏航角和滚转角；单颗粒模型为轴对称外形，其惯性张量中的交叉分量均为零，三个主分量分别为上标“i”表示地面惯性坐标系，上标“b”表示模型体轴系；基础模型指的是采用曳力模型作为系数标定的基础模型，用DOE方法在设计空间内将单颗粒曳力模型系数均匀分布，获取多组设计变量分布aj，气固两相流动可以采用离散颗粒模型计算。