[发明专利]一种针对两种流体传热交混破碎相变过程的无网格模拟方法

权利要求书

1.一种针对两种流体传热交混破碎相变过程的无网格模拟方法，其特征是：

步骤一，设定时间步长Δt、粒子间初始距离d₀、粒子的控制半径R_e以及总的模拟时间t_total，设定t_n＝n·Δt，则在t₀时刻输入初始化参数，包括熔融金属流体的初始温度T_h、速度V₀、形态，冷却流体的初始温度T_c；

步骤二，在t_n时刻采用基于焓方法的凝固相变模型进行传热计算，n＞0，根据t_n-1时刻的粒子温度T^n-1、焓值h^n-1、位置r^n-1、密度ρ^n-1以及热导率K^n-1，计算得到t_n时刻粒子的温度Tⁿ、焓值hⁿ以及液相分数αⁿ；

步骤三，采用物性参数变化模型对处于相变区域粒子的物性参数进行修正，根据粒子的液相分数αⁿ，更新得到t_n时刻粒子的密度ρⁿ、热导率Kⁿ以及粘性系数vⁿ；

步骤四，采用基于表面自由能的表面张力模型计算t_n时刻粒子所受的表面张力

步骤五，根据步骤三和步骤四所得的粒子物性参数ρⁿ、vⁿ和表面张力采用原始MPS方法计算出t_n时刻所有粒子的位置rⁿ和速度uⁿ，分为以下几个小步骤：

1，不考虑压力梯度项，显式求解动量方程中的粘性项、表面张力项以及重力项，计算得出t_n时刻粒子的中间速度u^*和中间位置r^*；

2，计算压力泊松方程，得出t_n时刻粒子的压力值Pⁿ；

3，利用粒子的压力值Pⁿ，对粒子速度进行修正，得到t_n时刻粒子的速度uⁿ和位置rⁿ；

步骤六，根据步骤五中计算所得粒子位置rⁿ，采用碎片结合判据确定破碎相变产生碎片的粒子组成；包括液相分数判据和粒子间距离判据，只有两个判据同时满足，才能判定两个粒子结合成碎片；液相分数判据为，两个熔融金属粒子的液相分数均需满足α₁＜α＜α₂，其中α₁、α₂是两个可变参数且0≤α₁＜α₂≤1，根据具体模拟情况进行调整；粒子间距离判据为，两个熔融金属粒子之间的距离需小于1.2l₀；

步骤七，采用流固混合模型修正t_n时刻碎片中组成粒子的位置rⁿ和速度uⁿ，分为以下几个步骤：

1，计算碎片的速度和位置

2，计算碎片的转动惯量

3，基于角动量守恒定律，计算碎片的角速度

4，计算t_n时刻碎片中粒子的位置rⁿ和速度uⁿ；

步骤八，判断是否达到设定的总的模拟计算时间t_total，若t_n＜t_total，则跳至步骤二，进行t_n+1时刻的计算；若t_n＝t_total，则完成模拟。