[发明专利]一种冷空间内下落液滴冻结过程的计算方法

权利要求书

1.一种冷空间内下落液滴冻结过程的计算方法，其特征在于，主要包括如下步骤：

(步骤一)根据物理模型计算所需的计算域和网格尺寸，并进行网格划分；

(步骤二)对模型计算域的密度、温度、速度以及固相体积分数进行初始化；

(步骤三)输出计算域的流场、温度场、辐射强度以及辐射热流量；

模型的流场演化方程为：

其中，f为粒子分布函数，τ为松弛时间；

平衡态分布函数f_i^(eq)(x,t)为：

其中，c_s为格子声速，ω_i为权系数，ρ为密度，e_i为离散速度；平衡态速度u^eq为：

分子间相互作用力为：

F(x)＝F_f(x)+F_g(x)

其中，流体间相互作用力为：

式中，ψ(ρ)＝ρ^*[1-exp(-ρ/ρ^*)]为有效密度；G₁和G₂分别为相邻和次相邻位置的流体间相互作用系数；

重力为：

F_g(x)＝ρ(x)g

演化方程迁移步为：

f_i(x,t+δ_t)＝α_sf_i(x,t)+(1-α_s)f_i(x-e_iδ_t,t)

其中，f_i为碰撞后的粒子分布函数；

温度场演化方程为：

其中，g_i为温度场的粒子分布函数；为辐射热流量，采用格子Boltzmann方法进行求解，表达式如下：

其中，I_i为辐射强度，为权系数；

计算辐射强度的演化方程为：

其中，τ_I为求解辐射强度分布函数的松弛时间；相应的平衡态分布函数为：

其中，为离散方向i对应的权系数；假设边界是黑体，边界辐射强度为σ_SB为Stefan-Boltzmann常数，T_bound为边界温度；

对应的温度场平衡态分布函数为：

(步骤四)输出计算域内每个节点的密度、速度以及温度；

密度、速度以及温度的计算式为：

(步骤五)输出计算域内每个节点的固相体积分数以及焓值；

固相体积分数α_s表达式为：

焓值表达式为：

H＝α_sc_solidT+(1-α_s)c_gasT+α_sL

(步骤六)返回(步骤三)循环计算，直到液滴内部固相体积分数全为1，程序结束。