[发明专利]液滴碰壁运动的相界面的获取方法和装置在审
申请号: | 201410573316.X | 申请日: | 2014-10-23 |
公开(公告)号: | CN104834631A | 公开(公告)日: | 2015-08-12 |
发明(设计)人: | 宋云超 | 申请(专利权)人: | 北汽福田汽车股份有限公司 |
主分类号: | G06F17/15 | 分类号: | G06F17/15 |
代理公司: | 北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙) 11201 | 代理人: | 张大威 |
地址: | 102206*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 碰壁 运动 界面 获取 方法 装置 | ||
技术领域
本发明涉及动力机械技术领域,尤其涉及一种液滴碰壁运动的相界面的获取方法和装置。
背景技术
在小型高速柴油机中或缸内直喷汽油机中,随着燃油喷射压力的不断升高,喷雾液滴碰壁现象变得越发明显。燃油液滴碰壁对发动机缸内混合气形成、火焰传播以及排放污染物形成等均有着极其重要的影响。如何充分利用燃油液滴碰壁现象提高发动机的性能,已成为内燃机领域的一个研究热点问题。液滴碰壁运动的计算方法可为液滴碰壁运动的研究提供基础。
其中,气液两相流动的计算是液滴碰壁运动计算的基础。VOF方法和Level Set方法是目前求解气液两相流问题的两种主要方法。但是,VOF方法和Level Set方法的数值计算稳定性、收敛性以及精确性等都不是很高,其中,VOF函数在相界面处的不连续会导致解的振荡或参数的陡峭变化被抹平,难于准确计算相界面法向方向、曲率及与曲率有关的物理量,而对于Level Set函数,其计算过程中产生的不再具有距离函数特征问题并由此导致质量不守恒是该方法的最大缺陷。
另外,在液滴撞击壁面流动的早期数值模拟研究中,往往忽略了壁面润湿性对液滴运动的影响。相关技术中通过引入接触角反映壁面润湿性能,建立了不同壁面润湿模型,并对液滴撞击壁面的运动问题进行了数值模拟研究。但是,相关技术中的壁面润湿模型的精确性及普适性还难以满足液滴撞击壁面运动问题数值计算的需求,另外,相关技术中的计算方法大多是首先限定液滴撞击壁面后的运动形态(如预先限定液滴撞击壁面后的运动形态为粘附、铺展、反弹或者破碎等),然后在此基础上再对液滴撞击壁面的运动进行研究,该计算方法能够得到某种运动形态下液滴撞击壁面后的运动特性,但难以得到液滴碰壁运动时的普遍规律和运动机制,具较大的局限性。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本发明的一个目的在于提出一种液滴碰壁运动的相界面的获取方法,该方法大大提高了相界面获取的准确度。
本发明的第二个目的在于提出一种液滴碰壁运动的相界面的获取装置。
为了实现上述目的,本发明第一方面实施例的液滴碰壁运动的相界面的获取方法,包括以下步骤:S1、根据计算域中计算单元所在的区域对第一相函数和第二相函数进行初始化,并设定所述计算单元的初始速度;S2、获取两相流流动的单相和混合相控制方程并求解以获取所述计算单元的速度和压强,并根据所述计算单元的速度和压强对所述计算单元进行更新;S3、分别对所述第一相函数和所述第二相函数的对流输运方程进行求解,以获取求解后的第一相函数和第二相函数;S4、判断液滴与壁面是否发生接触;S5、如果是,则根据壁面润湿模型获取接触角,并根据所述接触角获取相界面的法向向量,以及根据所述法向向量和所述求解后的第二相函数获取所述相界面的位置,其中,所述相界面为气相区域和液相区域的交界面;S6、如果否,则根据所述求解后的第一相函数获取所述相界面的法向向量,并根据所述法向向量和所述求解后的第二相函数获取所述相界面的位置;S7、对所述求解后的第一相函数进行重新距离化;以及重复执行S2-S7,直至达到预设结束条件,并将达到所述预设结束条件时的相界面的位置作为最终结果。
根据本发明实施例的液滴碰壁运动的相界面的获取方法,具有以下有益效果:1)综合了VOF方法和Level Set方法的优点,克服了VOF方法存在的相界面方向计算误差较大和Level Set方法质量不守恒的问题,提高了相界面追踪计算的精度;2)液滴与固体壁面接触的润湿现象计算以液滴与固体壁面的接触角为基础,采用改进的动态接触角计算充分考虑液滴与壁面润湿的动态作用,从而提高了液滴与固体壁面润湿作用的计算精度;3)不需要预先设定液滴碰壁的运动形态,因此该方法更有利于得到液滴碰壁运动的普遍规律和运动机制。
在本发明的一个实施例中,所述第一相函数为Level Set函数,所述第二相函数为VOF函数。
在本发明的一个实施例中,所述两相流流动的单相和混合相控制方程为:
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