本發(fā)明涉及激光空化，特別涉及一種激光空化氣泡的數(shù)值仿真方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、對(duì)于牙根管沖洗問(wèn)題，近年來(lái)隨著激光空化技術(shù)的迅速發(fā)展，牙根管沖洗的原理是通過(guò)高頻脈沖激光給水體注入能量，瞬間產(chǎn)生高溫，使得水體局部汽化，從而生成大量微小氣泡，氣泡群之間發(fā)生碰撞，破碎誘導(dǎo)射流，進(jìn)而利用射流產(chǎn)生的水動(dòng)力對(duì)牙根管進(jìn)行清洗。然而，激光空化問(wèn)題涉及激光能量注入和相變的氣液兩相流，鑒于工業(yè)需求牽引，如何自主研發(fā)激光空化氣泡的數(shù)值仿真方法，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)牙根管清洗技術(shù)的模擬仿真是目前有待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種激光空化氣泡的數(shù)值仿真方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)，能夠?qū)⒓す獾妮斎肽芰俊⒓す庾⑷胨w導(dǎo)致的高溫汽化的流體質(zhì)量通量、氣液兩相流三者聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光空化氣泡的數(shù)值仿真，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)牙根管清洗技術(shù)的模擬仿真和優(yōu)化。其具體方案如下：

2、第一方面，本技術(shù)提供了一種激光空化氣泡的數(shù)值仿真方法，包括：

3、在利用激光注入水體產(chǎn)生的射流進(jìn)行牙根管沖洗的過(guò)程中，利用流體的當(dāng)前速度矢量對(duì)所述流體的當(dāng)前表觀密度進(jìn)行更新，以得到更新后的當(dāng)前表觀密度；

4、基于所述流體的當(dāng)前氣液相函數(shù)、當(dāng)前速度矢量、更新后的當(dāng)前表觀密度和所述激光的輸入能量對(duì)當(dāng)前質(zhì)量通量進(jìn)行更新，以得到更新后的當(dāng)前質(zhì)量通量；其中，質(zhì)量通量為所述激光注入水體導(dǎo)致的高溫汽化的流體質(zhì)量通量；

5、將當(dāng)前速度矢量、當(dāng)前氣液相函數(shù)和更新后的當(dāng)前質(zhì)量通量輸入至速度矢量、渦矢量和氣液相函數(shù)之間的耦合關(guān)系式，以基于當(dāng)前氣液相函數(shù)更新所述流體的當(dāng)前渦矢量和當(dāng)前速度矢量，并利用更新后的當(dāng)前質(zhì)量通量和更新后的當(dāng)前速度矢量更新當(dāng)前氣液相函數(shù)，以根據(jù)更新后的當(dāng)前氣液相函數(shù)實(shí)現(xiàn)所述激光空化氣泡的數(shù)值仿真。

6、可選的，所述利用流體的當(dāng)前速度矢量對(duì)所述流體的當(dāng)前表觀密度進(jìn)行更新，以得到更新后的當(dāng)前表觀密度，包括：

7、利用流體的當(dāng)前速度矢量和當(dāng)前位移矢量并基于所述流體的當(dāng)前時(shí)刻表觀密度確定下一時(shí)刻表觀密度，以對(duì)當(dāng)前表觀密度進(jìn)行更新得到更新后的當(dāng)前表觀密度；其中，初始時(shí)刻表觀密度為根據(jù)水和水蒸氣的密度以及當(dāng)前氣液相函數(shù)確定的密度；

8、并且，表觀密度的更新公式包括：；t表示時(shí)間，表示表觀密度，表示位移矢量，表示速度矢量；并且，表觀密度的更新公式采用愛因斯坦求和約定，表示三個(gè)不同的方向。

9、可選的，所述基于所述流體的當(dāng)前氣液相函數(shù)、當(dāng)前速度矢量、更新后的當(dāng)前表觀密度和所述激光的輸入能量對(duì)當(dāng)前質(zhì)量通量進(jìn)行更新，以得到更新后的當(dāng)前質(zhì)量通量，包括：

10、利用能量守恒定律并基于所述流體的當(dāng)前氣液相函數(shù)、當(dāng)前速度矢量、更新后的當(dāng)前表觀密度、所述激光的輸入能量和當(dāng)前質(zhì)量通量，對(duì)所述流體的當(dāng)前溫度進(jìn)行更新，以得到更新后的當(dāng)前溫度；

11、利用更新后的當(dāng)前溫度和所述流體的表觀熱導(dǎo)系數(shù)對(duì)當(dāng)前質(zhì)量通量進(jìn)行更新，以得到更新后的當(dāng)前質(zhì)量通量；其中，所述表觀熱導(dǎo)系數(shù)為根據(jù)水和水蒸氣的熱導(dǎo)系數(shù)以及當(dāng)前氣液相函數(shù)確定的熱導(dǎo)系數(shù)。

12、可選的，溫度的更新公式，包括：

13、；

14、；；

15、其中，表示表觀密度，t表示溫度，t表示時(shí)間，表示位移矢量，表示速度矢量，表示表觀比熱容，p表示流體壓力，表示氣液相函數(shù)，表示表觀熱導(dǎo)系數(shù)，表示質(zhì)量通量，表示單位體積單位時(shí)間內(nèi)激光向水體中注入的能量，表示在處不為0的脈沖函數(shù)，為距離矢量，表示空間中的任意一個(gè)位置，表示在處的輸入能量，r表示水蒸氣的氣體常數(shù)，表示水的比熱容，表示水蒸氣的比熱容；

16、并且，質(zhì)量通量的更新公式包括：；表示氣液相變潛熱；溫度的更新公式和質(zhì)量通量的更新公式均采用愛因斯坦求和約定，表示三個(gè)不同的方向。

17、可選的，所述將當(dāng)前速度矢量、當(dāng)前氣液相函數(shù)和更新后的當(dāng)前質(zhì)量通量輸入至速度矢量、渦矢量和氣液相函數(shù)之間的耦合關(guān)系式，以基于當(dāng)前氣液相函數(shù)更新所述流體的當(dāng)前渦矢量和當(dāng)前速度矢量，并利用更新后的當(dāng)前質(zhì)量通量和更新后的當(dāng)前速度矢量更新當(dāng)前氣液相函數(shù)，包括：

18、將當(dāng)前速度矢量、當(dāng)前氣液相函數(shù)和更新后的當(dāng)前質(zhì)量通量輸入至速度矢量、渦矢量和氣液相函數(shù)之間的耦合關(guān)系式，以基于所述流體在所述牙根管的根管壁處的邊界速度確定所述流體在所述根管壁處的邊界渦矢量，并根據(jù)所述邊界渦矢量確定所述流體完整的當(dāng)前渦矢量，然后利用當(dāng)前速度矢量、當(dāng)前氣液相函數(shù)、所述流體的表觀運(yùn)動(dòng)粘度和表面張力矢量更新當(dāng)前渦矢量；

19、基于所述流體的當(dāng)前位移矢量和更新后的當(dāng)前渦矢量確定流函數(shù)矢量，并基于當(dāng)前位移矢量、當(dāng)前速度矢量和更新后的當(dāng)前質(zhì)量通量確定速度勢(shì)函數(shù)，以利用所述流函數(shù)矢量和所述速度勢(shì)函數(shù)更新當(dāng)前速度矢量；

20、利用當(dāng)前位移矢量、更新后的當(dāng)前質(zhì)量通量和更新后的當(dāng)前速度矢量更新當(dāng)前氣液相函數(shù)。

21、可選的，所述利用當(dāng)前速度矢量、當(dāng)前氣液相函數(shù)、所述流體的表觀運(yùn)動(dòng)粘度和表面張力矢量更新當(dāng)前渦矢量之前，還包括：

22、根據(jù)水和水蒸氣的動(dòng)力粘度以及當(dāng)前氣液相函數(shù)確定所述流體的表觀動(dòng)力粘度，并基于所述表觀動(dòng)力粘度和更新后的當(dāng)前表觀密度的比值確定所述流體的表觀運(yùn)動(dòng)粘度；

23、根據(jù)當(dāng)前位移矢量和當(dāng)前氣液相函數(shù)確定氣液界面法矢量，并根據(jù)所述氣液界面法矢量和當(dāng)前位移矢量確定曲率系數(shù)，以基于所述氣液界面法矢量、所述曲率系數(shù)、當(dāng)前位移矢量和當(dāng)前氣液相函數(shù)確定所述表面張力矢量。

24、可選的，所述耦合關(guān)系式，包括：

25、；

26、；

27、；；

28、；

29、；

30、其中，所述耦合關(guān)系式采用愛因斯坦求和約定，并且表示三個(gè)不同的方向，表示三個(gè)不同的方向，表示三個(gè)不同的方向，表示流體在根管壁處的邊界渦矢量，表示流體在根管壁處的邊界速度，均表示位移矢量，表示旋度算子，均表示完整的渦矢量，均表示速度矢量，t表示時(shí)間，表示表觀運(yùn)動(dòng)粘度，表示表觀密度，p表示流體壓力，表示氣液相函數(shù)，表示表面張力矢量，均表示流函數(shù)矢量，表示速度勢(shì)函數(shù)，表示質(zhì)量通量，表示水蒸氣的密度，表示水的密度。

31、第二方面，本技術(shù)提供了一種激光空化氣泡的數(shù)值仿真裝置，包括：

32、第一更新模塊，用于在利用激光注入水體產(chǎn)生的射流進(jìn)行牙根管沖洗的過(guò)程中，利用流體的當(dāng)前速度矢量對(duì)所述流體的當(dāng)前表觀密度進(jìn)行更新，以得到更新后的當(dāng)前表觀密度；

33、第二更新模塊，用于基于所述流體的當(dāng)前氣液相函數(shù)、當(dāng)前速度矢量、更新后的當(dāng)前表觀密度和所述激光的輸入能量對(duì)當(dāng)前質(zhì)量通量進(jìn)行更新，以得到更新后的當(dāng)前質(zhì)量通量；其中，質(zhì)量通量為所述激光注入水體導(dǎo)致的高溫汽化的流體質(zhì)量通量；

34、數(shù)值仿真模塊，用于將當(dāng)前速度矢量、當(dāng)前氣液相函數(shù)和更新后的當(dāng)前質(zhì)量通量輸入至速度矢量、渦矢量和氣液相函數(shù)之間的耦合關(guān)系式，以基于當(dāng)前氣液相函數(shù)更新所述流體的當(dāng)前渦矢量和當(dāng)前速度矢量，并利用更新后的當(dāng)前質(zhì)量通量和更新后的當(dāng)前速度矢量更新當(dāng)前氣液相函數(shù)，以根據(jù)更新后的當(dāng)前氣液相函數(shù)實(shí)現(xiàn)所述激光空化氣泡的數(shù)值仿真。

35、第三方面，本技術(shù)提供了一種電子設(shè)備，包括：

36、存儲(chǔ)器，用于保存計(jì)算機(jī)程序；

37、處理器，用于執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序以實(shí)現(xiàn)前述的激光空化氣泡的數(shù)值仿真方法。

38、第四方面，本技術(shù)提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，用于保存計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)前述的激光空化氣泡的數(shù)值仿真方法。

39、本技術(shù)中，在利用激光注入水體產(chǎn)生的射流進(jìn)行牙根管沖洗的過(guò)程中，利用流體的當(dāng)前速度矢量對(duì)所述流體的當(dāng)前表觀密度進(jìn)行更新，以得到更新后的當(dāng)前表觀密度；基于所述流體的當(dāng)前氣液相函數(shù)、當(dāng)前速度矢量、更新后的當(dāng)前表觀密度和所述激光的輸入能量對(duì)當(dāng)前質(zhì)量通量進(jìn)行更新，以得到更新后的當(dāng)前質(zhì)量通量；其中，質(zhì)量通量為所述激光注入水體導(dǎo)致的高溫汽化的流體質(zhì)量通量；將當(dāng)前速度矢量、當(dāng)前氣液相函數(shù)和更新后的當(dāng)前質(zhì)量通量輸入至速度矢量、渦矢量和氣液相函數(shù)之間的耦合關(guān)系式，以基于當(dāng)前氣液相函數(shù)更新所述流體的當(dāng)前渦矢量和當(dāng)前速度矢量，并利用更新后的當(dāng)前質(zhì)量通量和更新后的當(dāng)前速度矢量更新當(dāng)前氣液相函數(shù)，以根據(jù)更新后的當(dāng)前氣液相函數(shù)實(shí)現(xiàn)所述激光空化氣泡的數(shù)值仿真。由此可見，本技術(shù)通過(guò)將激光的輸入能量、激光注入水體導(dǎo)致的高溫汽化的流體質(zhì)量通量、氣液兩相流三者聯(lián)系起來(lái)，自主研發(fā)了激光空化氣泡的數(shù)值仿真裝置，通過(guò)逐步求解每一個(gè)時(shí)刻的表觀密度、質(zhì)量通量、渦矢量和氣液相函數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)激光空化氣泡的實(shí)時(shí)數(shù)值仿真，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)牙根管清洗技術(shù)的模擬仿真和優(yōu)化。