[发明专利]一种基于蒸汽流场计算液滴运动相变参数的方法

说明书

本发明属于流体计算技术领域，具体涉及一种基于蒸汽流场计算液滴运动相变参数的方法，包括以下步骤：构建目标结构的几何模型，划分网格并进行局部网格加密；计算蒸汽的流场参数信息；建立KD搜索算法获取目标液滴位置周围最近的M个网格节点的空间坐标；获取最近的M个网格节点所对应的蒸汽流场参数信息，建立快速插值方法获取目标液滴所在位置处的蒸汽流场参数信息；求解液滴运动相变模型，计算得到液滴运动相变参数。本发明采用局部网格加密与快速插值方法相结合，使计算速度大大提高，并保证了计算精度，同时辅以高效的KD搜索算法，以快速获取蒸汽流场信息，最终实现了一种高效、高精度的液滴运动相变参数计算方法。

技术领域

本发明属于流体计算技术领域，具体涉及一种基于蒸汽流场计算液滴运动相变参数的方法。

背景技术

汽-液两相流动普遍存在于汽水分离器、安全壳喷淋系统等核反应堆设备的运行过程中，且汽-液两相间的相互作用直接驱动着液滴的传热传质过程即运动相变过程。在蒸汽携带液滴运动的过程中，由于阻力作用或局部结构的改变等会使液滴周围的蒸汽流场参数，如流动速度、温度、浓度或者压力等不断变化，进而引起汽-液两相间的相互作用发生变化，使液滴的运动相变特性发生变化，这与反应堆设备的工作性能如汽水分离效率和安全运行情况密切相关。因此，通过利用计算流体动力学CFD方法对汽水分离器中的液滴运动相变参数进行计算，以分析液滴的运动相变特性，对于提高分离器的分离效率和核反应堆的经济性，指导其结构优化和自主化设计则具有重要意义。

采用欧拉—拉格朗日方法对蒸汽流场中液滴运动相变参数进行计算时，首先需要液滴定位算法确定液滴周围的最近的M个网格节点及其对应的蒸汽流场信息，并进一步通过插值方法获得液滴所在位置处的蒸汽流场信息。但由于欧拉—拉格朗日方法计算得到的流场数据十分巨大，网格量从几万到近千万不等，使得流场信息的定位搜索、并通过插值方法获得液滴所在位置处的流场信息是一项耗时巨大的工作。此外，为了保证较高的液滴计算精度，往往需要划分大量的网格，但是划分大量的网格又会造成计算量/计算耗时的增加。因此，如何找到一种计算速度快同时计算精度高的计算方法是研究液滴运动相变过程中的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述方法计算量大且计算耗时长等技术问题，本发明通过采用局部网格加密与快速插值方法相结合，使计算速度大大提高，并保证了计算精度，同时辅以高效的KD搜索算法，以快速获取蒸汽流场信息，最终提出一种高效、高精度的液滴运动相变参数计算方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于蒸汽流场计算液滴运动相变参数的方法，包括以下步骤：

步骤1：构建目标结构的几何模型，并进行网格划分，且针对局部位置区域进行网格加密；导出网格文件；

步骤2：将所述步骤1导出的网格文件导入流体计算软件，并计算蒸汽的流场参数信息，且网格节点的空间坐标与该网格节点对应的蒸汽流场参数信息之间呈一一对应关系；导出该蒸汽流场参数信息文件；

步骤3：将所述步骤2导出的蒸汽流场参数信息文件导入C++程序，建立KD搜索算法获取目标液滴位置周围最近的M个网格节点的空间坐标；

步骤4：获取所述最近的M个网格节点所对应的蒸汽流场参数信息，建立快速插值方法以计算目标液滴位置处的蒸汽流场参数信息；其中，M＝1或4；

步骤5：利用步骤4获取的目标液滴位置处的蒸汽流场参数信息，求解液滴运动相变模型，以计算液滴运动相变参数。

在所述步骤1中，针对管道壁面区域和/或几何形状变化较为剧烈的结构的表面区域进行局部网格加密；所述几何形状变化较为剧烈的结构的表面区域包括：疏水钩表面、孔板表面、肋板表面、旋叶分离器叶片表面、弯道壁面或孔口壁面中的至少一个。

进行所述局部网格加密时细化的网格尺寸仅为主流流场区域网格尺寸的1/8-1/2，加密的网格层数为4-8层。