[发明专利]油水两相流的流动状态的数值模拟方法及数值模拟装置

权利要求书

1.一种油水两相流的流动状态的数值模拟方法，其特征在于，所述数值模拟方法包括：

建立油水两相流的模型；

对所述模型进行有限元离散，将所述模型划分为有限元网格；

建立所述有限元网格的流体体积分数函数；

为所述流体体积分数函数设置速度与压力的边界条件；

基于所述边界条件对所述流体体积分数函数进行求解；

将所述流体体积分数函数的结果以图像的形式显示，得到所述油水两相流的流动状态图像，

其中，所述速度与压力的边界条件满足以下方程组：

u为油水两相流x方向速度，v为油水两相流y方向速度,v_l为油水两相流在油水两相流所在的流动空间的壁面上的漏失速度，w为油水两相流的流动区域宽度，g_x为重力加速度沿x方向分量，g_y为重力加速度沿y方向分量，p为油水两相流压力，τ_xx、τ_xy、τ_yx、τ_yy为油水两相流切应力，f为连续表面张力，ρ为油水两相流的密度，x方向与y方向为油水两相流中相互垂直的两个方向。

2.根据权利要求1所述的数值模拟方法，其特征在于，所述流体体积分数函数满足以下公式：

VOF_I^e_n为当前时间步的有限元网格内各节点的体积分数矩阵，VOF_I^e_n-1为前一时间步的有限元网格内各节点的体积分数矩阵，Δt为当前时间步与前一时间步的时间差，Me、Ke分别为不同的系数矩阵。

3.根据权利要求1所述的数值模拟方法，其特征在于，所述确定所述流体体积分数函数还包括：

采用伽辽金法构建有限元网格内流体体积分数函数的加权余量方程，所述加权余量方程满足以下公式：

其中，t为时间，VOF(Volume of Fraction)为油水两相流体中的比例较多的一相的体积分数，x为油水两相流中的一个方向，y为油水两相流中的另一个方向，x方向与y方向相互垂直。

4.根据权利要求1所述的数值模拟方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述模型分别划分为速度单元网格与压力单元网格；

分别建立所述速度单元网格与所述压力单元网格的插值函数；

通过所述速度单元网格的插值函数确定所述速度单元网格的速度函数，通过所述压力单元网格的插值函数确定所述压力单元网格的压力函数；

通过所述速度函数与所述压力函数确定所述流体体积分数函数的边界条件。

5.根据权利要求4所述的数值模拟方法，其特征在于，所述速度函数与所述压力函数满足以下方程组：

分别为速度单元网格内的x方向速度矩阵、y方向速度矩阵，为压力单元网格内压力矩阵,v_l为油水两相流在油水两相流所在的流动空间的壁面上的漏失速度，w为油水两相流的流动区域宽度，g_x为重力加速度沿x方向分量，g_y为重力加速度沿y方向分量，τ_xx、τ_xy、τ_yx、τ_yy为油水两相流切应力，f为连续表面张力，ρ为油水两相流的密度，x方向与y方向为油水两相流中相互垂直的两个方向，Ω^e为单元网格，Γ^e为单元网格边界，θ_x为单元网格法线方向与x方向的夹角，θ_y为单元网格法线方向与y方向的夹角，μ为油水两相的粘度。

6.根据权利要求4所述的数值模拟方法，其特征在于，所述速度单元网格为四边形二次单元网格，所述压力单元网格为四边形线性单元网格。

7.根据权利要求1～6任一项所述的数值模拟方法，其特征在于，所述有限元网格为四边形二次单元网格。