[发明专利]一种基于伪势格子玻尔兹曼方法的浸润现象模拟方法在审

专利信息
申请号: 202110562351.1 申请日: 2021-05-21
公开(公告)号: CN115186599A 公开(公告)日: 2022-10-14
发明(设计)人: 吴慧英;唐俊;张晟源 申请(专利权)人: 上海交通大学
主分类号: G06F30/28 分类号: G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
代理公司: 上海汉声知识产权代理有限公司 31236 代理人: 胡晶
地址: 200240 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 格子 玻尔兹曼 方法 浸润 现象 模拟
【说明书】:

发明提供了一种基于伪势格子玻尔兹曼方法的浸润现象模拟方法,所述方法包括以下步骤:将速度分布函数fi(x,t)、平衡速度分布函数fieq(x,t)及离散作用力Fi(x,t)遵循碰撞模型在网格格点上进行碰撞;将速度分布函数fi(x,t)遵循迁移规则迁移到邻近网格点处;将网格格点处的密度ρ根据公式进行求解得到密度值;根据所述密度值和非理想气体状态方程求解伪势;根据所述伪势求解网格格点处作用力F(x,t);在表征壁面的网格处设定浸润角;求解网格格点处的速度值;进行终止判断。本发明所述方法可显式设定接触角、有效扩大接触角表征范围,有利于提升数值模拟的稳定性及并行运算效率。

技术领域

本发明涉及计算流体力学领域,具体地,涉及一种基于伪势格子玻尔兹曼方法的浸润现象模拟方法。

背景技术

浸润现象在自然界及工业应用中都极为常见,如荷叶自洁效应、涂料喷涂、防水涂层、浮游选矿等。计算流体力学是研究此类问题的重要方法之一,具有实施成本低、可重复性强等特点,在科学研究及工业生产中得到广泛应用。

浸润现象是典型的气液两相流动,对于此类流动问题的数值模拟,可用分子动力学、平滑粒子流体动力学、格子玻尔兹曼方法等多种方法进行求解,其中格子玻尔兹曼方法具有显式演化、编程简单、适于并行的特点,被广泛用于两相及多相流动问题的数值模拟,常用的多相流格子玻尔兹曼方法有颜色模型、伪势模型、自由能模型及相场模型,相比其余三种模型,伪势模型直接从微观底层描述相间相互作用力,通过相间作用力来表征相的合并及分离,无需显式追踪相界面的变化,计算极为简洁。

浸润角是浸润现象的重要表征指标,为气-液-固三相交界处的气-液界面切线同固液界面形成的夹角,用θ表示,具体浸润角定义示意图如图1所示。数值模拟含浸润现象的多相流动时,需提前设定浸润角度,且由于浸润角大小对流动现象有显著影响,浸润角模型对数值模拟的准确实施至关重要。在伪势格子玻尔兹曼方法中,现有的浸润角模型分为两大类,其中一类是仿效液间作用力形式建立液固间作用力,并通过调节液固间作用力强度来设定浸润角,这类格式的缺陷在于无法量化液间作用力强度和浸润角的关系,必须通过数值实验来获取两者间关系,使得浸润角无法显式设定;另一类是几何浸润模型,该模型能显式设定浸润角度,但当气液密度比较大时,该模型能表征的浸润角度范围较为狭窄,且浸润角设定超出表征范围时,计算不稳定性增加,使计算无法正常进行。

发明内容

针对现有技术中的缺陷,本发明的目的在于提供一种基于伪势格子玻尔兹曼方法的浸润现象模拟方法,可用于浸润现象的数值模拟,该方法可显式设定接触角、有效扩大几何浸润模型的接触角表征范围,有利于提升数值模拟的稳定性及并行运算效率。

为实现上述目的,本发明提供一种基于伪势格子玻尔兹曼方法的浸润现象模拟方法,所述方法包括以下步骤:

将速度分布函数fi(x,t)、平衡速度分布函数及离散作用力Fi(x,t)遵循碰撞模型在网格格点上进行碰撞;

将速度分布函数fi(x,t)遵循迁移规则迁移到邻近网格点处;

将网格格点处的密度ρ根据公式进行求解得到密度值;

根据所述密度值和非理想气体状态方程求解伪势;

根据所述伪势求解网格格点处作用力F(x,t);

在表征壁面的网格处设定浸润角,具体包括:给定浸润角θ值,取值范围为0~180°,对于二维数值模拟,对表征固体壁面的边界处网格点作用力实施公式或对于三维数值模拟,对表征固体壁面的边界处网格点实施公式其中为压力对密度的偏导数,下标n,τ分别代表壁面的法向和切向,下标τ1,τ2表征壁面任意一对正交切向方向;

求解网格格点处的速度值;

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