[发明专利]一种基于粗粒化计算理论的流固耦合仿真方法及系统

权利要求书

1.一种基于粗粒化计算理论的流固耦合仿真方法,其特征在于，包括：

根据地质调研数据，获得原始颗粒级配组成下的微观参数取值，并基于粗粒化计算理论，计算得到离散元颗粒系统的颗粒微观参数取值；

构建三维地质模型，将所述三维地质模型导入到DEM软件中，根据应用粗粒化后的颗粒级配及目标孔隙率进行颗粒生成填充，得到颗粒地质体模型；

将所述离散元颗粒系统的颗粒微观参数取值施加到所述颗粒地质体模型；

基于粗粒化计算理论，建立DEM-CFD流固耦合接口；

建立地质对象的流场区域模型，并进行流体网格划分，得到与颗粒级配匹配的流体网格模型；

将所述流体网格模型输入到CFD软件中，在CFD软件中加载所述DEM-CFD流固耦合接口，实现粗粒化流固耦合仿真计算；

其中，所述原始颗粒级配组成下的微观参数取值的获取包括：针对某一工程的地质条件进行调研，得到原始颗粒级配曲线，利用DEM软件对岩石及致灾构造充填物质的物理力学性质进行参数标定，开展基于单轴压缩、巴西劈裂、三轴压缩基础力学试验模拟，得到在原始颗粒级配组成下的微观参数取值；

所述粗粒化计算理论用于根据计算模型尺寸和原系统的真实颗粒级配曲线确定粗颗粒所受曳力与真实颗粒所受曳力间的关系，进而实现模型的粗粒化力学仿真分析；

所述粗粒化计算理论需要满足以下条件：

应用粗粒化的系统需要和原系统总能量守恒；系统内颗粒数量仍满足统计意义；真实颗粒的碰撞可用粗颗粒的碰撞来代替；为保证重力的作用效果不变，粗颗粒和真实颗粒的密度设定一致；

所述离散元颗粒系统的颗粒微观参数包括：颗粒材料的泊松比，密度，杨氏模量，恢复系数，静摩擦系数，滚动摩擦系数。

2.如权利要求1所述的一种基于粗粒化计算理论的流固耦合仿真方法，其特征在于，所述DEM-CFD流固耦合接口，在固体DEM计算部分，改进了颗粒的速度计算，保证粗粒化后的速度与原始系统的速度相等；在DEM-CFD耦合计算部分，改进了流体对颗粒的拖曳力计算，保证了粗粒化后的拖曳力是原始系统的拖曳力乘以粗粒化系数的三次方。

3.如权利要求1所述的一种基于粗粒化计算理论的流固耦合仿真方法，其特征在于，完成粗粒化流固耦合仿真计算后，在DEM软件中进行固体的后处理分析，在CFD软件中进行流体的后处理分析，从而对所研究的地下工程流固耦合灾害的演化过程深入研究分析。

4.一种基于粗粒化计算理论的流固耦合仿真系统，其特征在于，采用如权利要求1-3任意一项所述的一种基于粗粒化计算理论的流固耦合仿真方法，包括：

参数获取模块，其用于根据地质调研数据，获得原始颗粒级配组成下的微观参数取值，并基于粗粒化计算理论，计算得到离散元颗粒系统的颗粒微观参数取值；

模型构建模块，其用于构建三维地质模型，将所述三维地质模型导入到DEM软件中，根据应用粗粒化后的颗粒级配及目标孔隙率进行颗粒生成填充，得到颗粒地质体模型；建立地质对象的流场区域模型，并进行流体网格划分，得到与颗粒级配匹配的流体网格模型；

接口构建模块，其用于基于粗粒化计算理论，建立DEM-CFD流固耦合接口；

仿真计算模块，其用于将所述离散元颗粒系统的颗粒微观参数取值施加到所述颗粒地质体模型；将所述流体网格模型输入到CFD软件中，在CFD软件中加载所述DEM-CFD流固耦合接口，实现流固耦合仿真计算。

5.如权利要求4所述的一种基于粗粒化计算理论的流固耦合仿真系统，其特征在于：所述粗粒化计算理论用于根据计算模型尺寸和原系统的真实颗粒级配曲线确定粗颗粒所受曳力与真实颗粒所受曳力间的关系，进而实现模型的粗粒化力学仿真分析。

6.如权利要求4所述的一种基于粗粒化计算理论的流固耦合仿真系统，其特征在于：所述仿真计算模块还用于在完成流固耦合仿真计算后，在DEM软件中进行固体的后处理分析，在CFD软件中进行流体的后处理分析，从而对所研究的地下工程流固耦合灾害的演化过程深入研究分析。