一種單顆粒曳力模型系數(shù)標(biāo)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及氣固兩相流動(dòng)模擬技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明公開(kāi)了一種單顆粒曳力模型系數(shù) 標(biāo)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前氣固兩相流的模擬大多采用以下兩種模型：離散相模型和雙流體模型。這兩 種方法中氣相均采用Navier-Stokes方程來(lái)描述，相間均通過(guò)曳力來(lái)耦合。實(shí)際上顆粒所 受的力除曳力和重力外，還包括浮力、升力、虛質(zhì)量力和靜電力等。但是由于氣體和顆粒間 密度的巨大差異，這些難以用模型表達(dá)的力在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中通常被忽略。因此，如何 描述相間的曳力就成為決定模擬結(jié)果正確與否的關(guān)鍵因素。
[0003] 關(guān)于曳力的模型大致可歸為以下三種：①根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)得到的經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng) 驗(yàn)?zāi)Ｐ停鏦en&Yu模型、Ergun模型；②基于一定的氣固作用機(jī)理，通過(guò)數(shù)學(xué)的方法推導(dǎo) 得到的模型，如Zhang等模型、Hill等模型；③根據(jù)最小能量原理推導(dǎo)出的模型，如肖海 濤等模型。這些模型都有各自的特點(diǎn)，提出的機(jī)理不同，各種曳力模型的應(yīng)用可能會(huì)得到 不同的結(jié)果。到目前為止，氣固兩相流的模擬過(guò)程中尚不能找到一個(gè)通用合適的模型。
[0004] 目前最常用的標(biāo)定曳力模型系數(shù)的方法是采用標(biāo)準(zhǔn)阻力曲線進(jìn)行，在初步模擬方 面能夠模擬要求，但是由于標(biāo)準(zhǔn)阻力曲線是在一定的條件參數(shù)下獲取的，不能夠精確地滿 足目前越來(lái)越苛刻的計(jì)算條件，如高馬赫數(shù)高雷諾數(shù)等，而有些狀態(tài)曳力準(zhǔn)確標(biāo)定難度較 大或者目前技術(shù)條件無(wú)法標(biāo)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種實(shí)現(xiàn)單顆粒曳力模型系數(shù)標(biāo)定的方法。
[0006] 本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種單顆粒曳力模型系數(shù)標(biāo)定方法，其具體包括以下的步驟：
[0008] 步驟一、采用數(shù)值計(jì)算方法得到準(zhǔn)確的單顆粒運(yùn)動(dòng)時(shí)間歷程變量Ptmget，P tmget = wi*Vt_t+w2*CDta, grt;其中ω JP ω 2分別為權(quán)系數(shù)，Vtmget為該單顆粒的速度時(shí)間歷程， CDtargrt為該單顆粒的阻力時(shí)間歷程；
[0009] 步驟二、選定系數(shù)標(biāo)定的基礎(chǔ)模型，從該基礎(chǔ)模型中獲取多組設(shè)計(jì)變量分布a」，使 用不同的樣本點(diǎn)計(jì)算該單顆粒在不同樣本點(diǎn)的速度時(shí)間歷程\和阻力時(shí)間歷程CDi,采用 關(guān)聯(lián)函數(shù)關(guān)聯(lián)得到PiJi= ω 其中i為選取的樣本點(diǎn)的個(gè)數(shù)，j為影響該單顆 粒的歷程的設(shè)計(jì)變量的個(gè)數(shù)；
[0010] 步驟三、以a」作為設(shè)計(jì)變量，以Λ P = P ^Ptmget作為標(biāo)定的優(yōu)化目標(biāo)，建立響應(yīng)面 模型，并通過(guò)優(yōu)化尋優(yōu)尋找最小值，獲取響應(yīng)面最佳參數(shù)組合；
[0011] 步驟四、以響應(yīng)面最佳參數(shù)組合作為輸入開(kāi)展氣固兩相流動(dòng)計(jì)算，如果計(jì)算軌跡 結(jié)果與標(biāo)定的優(yōu)化目標(biāo)△ P之間滿足收斂條件，則認(rèn)為響應(yīng)面最佳參數(shù)組合為最終標(biāo)定系 數(shù)組，如不滿足收斂條件則將計(jì)算出的新結(jié)果與原有計(jì)算結(jié)果合并重新生成新的響應(yīng)面 模型，重新進(jìn)行優(yōu)化尋優(yōu)，直至計(jì)算軌跡結(jié)果與標(biāo)定目標(biāo)△ P滿足收斂條件為止。
[0012] 更進(jìn)一步地，上述步驟一具體為采用CFD耦合六自由度運(yùn)動(dòng)方程計(jì)算該單顆粒的 速度時(shí)間歷程和阻力時(shí)間歷程。
[0013] 更進(jìn)一步地，上述方法還包括采用DOE方法在設(shè)計(jì)空間內(nèi)將單顆粒曳力模型系數(shù) 均勻分布。
[0014] 更進(jìn)一步地，上述優(yōu)化尋優(yōu)的方式為采用SQP方法進(jìn)行優(yōu)化尋優(yōu)。
[0015] 通過(guò)采用以上的技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下的有益效果：使得在不需要開(kāi)展復(fù)雜 試驗(yàn)的基礎(chǔ)上即可對(duì)單顆粒曳力模型系數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)定，同時(shí)能夠?qū)υ囼?yàn)狀態(tài)難度較大或 者目前技術(shù)開(kāi)展不了的單顆粒曳力模型系數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)定，為氣固兩相流動(dòng)計(jì)算研宄提供 準(zhǔn)確基礎(chǔ)參數(shù)。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為本發(fā)明的單顆粒曳力模型系數(shù)標(biāo)定方法的流程圖。
[0017] 圖2為圓球模型空間網(wǎng)格劃分示意圖。
[0018] 圖3為采用CFD耦合六自由度飛行力學(xué)方程計(jì)算出的單球運(yùn)動(dòng)速度和阻力時(shí)間歷 程。
[0019] 圖4為采用DOE方法分布的曳力模型前3個(gè)系數(shù)的分布關(guān)系圖。
[0020] 圖5為采用其中一組初始參數(shù)計(jì)算出的單球運(yùn)動(dòng)速度和阻力時(shí)間歷程。
[0021]
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0023] 圖1為本發(fā)明的單顆粒曳力模型系數(shù)標(biāo)定方法的流程圖。
[0024] 本發(fā)明公開(kāi)了一種單顆粒曳力模型系數(shù)標(biāo)定方法，其具體包括以下的步驟：
[0025] 步驟一、采用數(shù)值計(jì)算方法得到準(zhǔn)確的單顆粒運(yùn)動(dòng)時(shí)間歷程變量Ptmget，P tmget = wi*Vt_t+w2*CDta, grt;其中ω JP ω 2分別為權(quán)系數(shù)，Vtmget為該單顆粒的速度時(shí)間歷程， CDtogrt為該單顆粒的阻力時(shí)間歷程。其中ω JP ω 2的值可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)自助調(diào)節(jié)，比如均為 0. 5〇
[0026] 步驟二、選定系數(shù)標(biāo)定的基礎(chǔ)模型，從該基礎(chǔ)模型中獲取多組設(shè)計(jì)變量分布a」， 使用不同的樣本點(diǎn)計(jì)算該單顆粒在不同樣本點(diǎn)的速度時(shí)間歷程\和阻力時(shí)間歷程CDi,采 用關(guān)聯(lián)函數(shù)關(guān)聯(lián)得到Pi, Pi= ω 其中i為選取的樣本點(diǎn)的個(gè)數(shù)，j為影響該 單顆粒的歷程的設(shè)計(jì)變量的個(gè)數(shù)。比如以Kurten曳力模型作為系數(shù)標(biāo)定的基礎(chǔ)模型，則
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種單顆粒曳力模型系數(shù)標(biāo)定方法，其具體包括以下的步驟： 步驟一、采用數(shù)值計(jì)算方法得到準(zhǔn)確的單顆粒運(yùn)動(dòng)時(shí)間歷程變量/， 產(chǎn)其中％和分別為權(quán)系數(shù)為該單顆粒的速度時(shí)間 歷程，^為該單顆粒的阻力時(shí)間歷程； 步驟二、選定系數(shù)標(biāo)定的基礎(chǔ)模型，從該基礎(chǔ)模型中獲取多組設(shè)計(jì)變量分布&使用不 同的樣本點(diǎn)計(jì)算該單顆粒在不同樣本點(diǎn)的速度時(shí)間歷程^和阻力時(shí)間歷程CZl采用關(guān)聯(lián) 函數(shù)關(guān)聯(lián)得到產(chǎn)巧;其中i為選取的樣本點(diǎn)的個(gè)數(shù)，j為影響該單顆粒的歷 程的設(shè)計(jì)變量的個(gè)數(shù)； 步驟三、以a/乍為設(shè)計(jì)變量，以』作為標(biāo)定的優(yōu)化目標(biāo)，建立響應(yīng)面模型， 并通過(guò)優(yōu)化尋優(yōu)尋找最小值，獲取響應(yīng)面最佳參數(shù)組合； 步驟四、以響應(yīng)面最佳參數(shù)組合作為輸入開(kāi)展氣固兩相流動(dòng)計(jì)算，如果計(jì)算軌跡結(jié)果 與標(biāo)定的優(yōu)化目標(biāo)間滿足收斂條件，則認(rèn)為響應(yīng)面最佳參數(shù)組合為最終標(biāo)定系數(shù) 組，如不滿足收斂條件則將計(jì)算出的新結(jié)果與原有計(jì)算結(jié)果合并重新生成新的響應(yīng)面模 型，重新進(jìn)行優(yōu)化尋優(yōu)，直至計(jì)算軌跡結(jié)果與標(biāo)定目標(biāo)」戶滿足收斂條件為止。
2. 如權(quán)利要求1所述的單顆粒曳力模型系數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于所述步驟一具體為 采用CFD耦合六自由度運(yùn)動(dòng)方程計(jì)算該單顆粒的速度時(shí)間歷程和阻力時(shí)間歷程。
3. 如權(quán)利要求2所述的單顆粒曳力模型系數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于所述方法還包括采 用漢^方法在設(shè)計(jì)空間內(nèi)將單顆粒曳力模型系數(shù)均勻分布。
4. 如權(quán)利要求3所述的單顆粒曳力模型系數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于所述優(yōu)化尋優(yōu)的方 式為采用5以方法進(jìn)行優(yōu)化尋優(yōu)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種單顆粒曳力模型系數(shù)標(biāo)定方法，其具體包括以下的步驟：步驟一、采用數(shù)值計(jì)算方法得到準(zhǔn)確的單顆粒運(yùn)動(dòng)時(shí)間歷程變量Ptarget；步驟二、選定系數(shù)標(biāo)定的基礎(chǔ)模型，從該基礎(chǔ)模型中獲取多組設(shè)計(jì)變量分布aj，使用不同的樣本點(diǎn)計(jì)算該單顆粒在不同樣本點(diǎn)的速度時(shí)間歷程Vi和阻力時(shí)間歷程CDi；步驟三、建立響應(yīng)面模型，并通過(guò)優(yōu)化尋優(yōu)尋找最小值，獲取響應(yīng)面最佳參數(shù)組合；步驟四、以響應(yīng)面最佳參數(shù)組合作為輸入開(kāi)展氣固兩相流動(dòng)計(jì)算，如果計(jì)算軌跡結(jié)果與標(biāo)定的優(yōu)化目標(biāo)ΔP之間滿足收斂條件，則認(rèn)為響應(yīng)面最佳參數(shù)組合為最終標(biāo)定系數(shù)組，如不滿足收斂條件則將計(jì)算出的新結(jié)果與原有計(jì)算結(jié)果合并重新生成新的響應(yīng)面模型。從而對(duì)單顆粒曳力模型進(jìn)行系數(shù)標(biāo)定。
【IPC分類(lèi)】G06F19-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104657595
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510033789
【發(fā)明人】陶洋, 林俊, 陸波, 郭秋亭, 王曉冰, 王元靖, 左金, 蔣為民, 林學(xué)東, 楊可, 劉剛, 余立, 楊海泳
【申請(qǐng)人】中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心高速空氣動(dòng)力研究所
【公開(kāi)日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年1月23日