彎曲邊界上的低雷諾數(shù)不可壓縮流中的壓力差的仿真方法
【專利摘要】一種彎曲邊界上的低雷諾數(shù)不可壓縮流中的壓力差的仿真方法，包括：步驟S1、一計算模塊對于給定的低雷諾數(shù)不可壓縮流，判斷式（1）是否成立，或R0<<?x0，L>>?R0，Re<1（1）；步驟S2、若S1中的式（1）成立，計算模塊在模擬流場中生成或繼承粒子，采用多邊界切線技術(shù)處理固壁邊界并根據(jù)該技術(shù)的需要生成虛擬粒子；步驟S3、計算模塊根據(jù)式（2）計算每個粒子在任意位置x點處的體積力FA2，且入口處的體積力FA1?由式（3）確定；步驟S4、一輸出模塊輸出S3中的x點處的體積力FA2。本發(fā)明可方便的將彎曲邊界上的低雷諾數(shù)不可壓縮流中壓力差轉(zhuǎn)化為任意一處的體積力。
【專利說明】彎曲邊界上的低雷諾數(shù)不可壓縮流中的壓力差的仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計算機仿真【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說，特別涉及一種彎曲邊界上低雷諾數(shù)不可壓縮流中壓力差的仿真方法。
【背景技術(shù)】
[0002]應(yīng)用光滑粒子流體動力學(xué)(SmoothedParticle Hydrodynamics ,簡稱 SPH)模擬低雷諾數(shù)不可壓縮流時，求解驅(qū)動流體運動的壓力梯度是很重要的，因為壓力在Navier-Stokes方程中只是表現(xiàn)為梯度。在弱可壓縮SPH (Weakly Compressible SPH,簡稱WCSPH)算法中，總壓力通常被分解為動態(tài)壓力和靜水壓力，因此總壓力的梯度也就可以通過這兩個壓力的梯度來獲得。
[0003]對于WCSPH方法來說，模擬動態(tài)壓力梯度是簡單而又直接的，而靜水壓力梯度通常被看作是一個體積力。Morris在1997年用WCSPH研究了低雷諾數(shù)不可壓縮流,他的測試算例是Poiseuille流和繞柱流，所得的結(jié)果與有限差分法的結(jié)果吻合得很好。劉謀斌和他的同事在2005年用有限粒子法也模擬了 Poiseuille流，結(jié)果也相當(dāng)不錯。他們都把靜水壓力梯度(或者靜水壓力差)轉(zhuǎn)化為體積力。
[0004]對于邊界平直的低雷諾數(shù)不可壓縮流，這個轉(zhuǎn)化是簡單的，因為在這些情形中，流場中的靜水壓力梯度是一個常數(shù)，相應(yīng)的體積力可以簡單地由入口與出口的壓力之差除以流場的長度來得到。然而，對于邊界彎曲的低雷諾數(shù)不可壓縮流來說，靜水壓力梯度是不均勻的，各處的靜水壓力梯度并不是常數(shù)，怎樣計算各處相應(yīng)的體積力就成了一個問題。因此，需要研究一種彎曲邊界上低雷諾數(shù)不可壓縮流中壓力差的仿真方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在不能處理彎曲邊界上的低雷諾數(shù)不可壓縮流中的壓力差的技術(shù)問題，提供一種彎曲邊界上的低雷諾數(shù)不可壓縮流中的壓力差的仿真方法。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]彎曲邊界上的低雷諾數(shù)不可壓縮流中的壓力差的仿真方法，包括計算模塊和輸出模塊，在該方法中，計算模塊給定一低雷諾數(shù)不可壓縮流，該低雷諾數(shù)不可壓縮流在具有曲線邊界的管道內(nèi)流動，所述的具有曲線邊界的管道為軸對稱的、非平直的并且管道壁為固壁邊界的管道，且該管道的出入口兩端壓差為Λρ，其中Λρ = Ρ1—Ρ2，Ρ1為入口處的壓力、P2為出口處的壓力，并采用以X和r分別表示軸向坐標(biāo)和徑向坐標(biāo)的柱坐標(biāo)系，，該方法具體包括以下步驟，
[0008]步驟S1、計算模塊對于上述給定的低雷諾數(shù)不可壓縮流，判斷公式(I)是否成立，
[0009]
【權(quán)利要求】
1.一種彎曲邊界上的低雷諾數(shù)不可壓縮流中的壓力差的仿真方法，包括計算模塊和輸出模塊，其特征在于:在該方法中，計算模塊給定一低雷諾數(shù)不可壓縮流，該低雷諾數(shù)不可壓縮流在具有曲線邊界的管道內(nèi)流動，所述的具有曲線邊界的管道為軸對稱的、非平直的并且管道壁為固壁邊界的管道，且該管道的出入口兩端壓差為Λ P，其中Λ P = P1 - P2, P1為入口處的壓力、P2為出口處的壓力，并采用以X和r分別表示軸向坐標(biāo)和徑向坐標(biāo)的柱坐標(biāo)系，該方法具體包括以下步驟， 步驟S1、計算模塊對于上述給定的低雷諾數(shù)不可壓縮流，判斷公式(I)是否成立，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎曲邊界上低雷諾數(shù)不可壓縮流中壓力差的仿真方法，其特征在于:在所述步驟S2和S3之間還包括， 步驟S21、計算模塊搜索相鄰的粒子，并計算光滑函數(shù)； 步驟S22、計算模塊確定是否用求和方法計算密度值，如果是則執(zhí)行步驟S23，否則執(zhí)行步驟S24 ； 步驟S23、由式(6)或式(7)得出密度值；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的彎曲邊界上的低雷諾數(shù)不可壓縮流中的壓力差的仿真方法，其特征在于:在步驟S3和S4之間還包括， 步驟S31、由式(5)、式(9)和式(10)分別計算出動態(tài)壓力、動態(tài)壓力梯度和粘度；
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的彎曲邊界上的低雷諾數(shù)不可壓縮流中的壓力差的仿真方法，其特征在于:所述公式(2)是對管道內(nèi)的流體滿足連續(xù)性和運動方程進(jìn)行量級計算得出。
【文檔編號】G06F17/50GK103473418SQ201310428248
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】梁朝湘, 張超英, 劉海燕, 黃寄洪, 冀肖榆, 時偉 申請人:梧州學(xué)院