本發(fā)明涉及液滴撞擊仿真，具體是一種基于相場方法液滴撞擊網(wǎng)狀結構的兩相問題模擬方法。

背景技術：

1、液滴撞擊網(wǎng)狀結構廣泛存在于物理學、流體力學和材料科學等領域，主要用于多種應用場景，例如噴霧冷卻、涂層技術、生物醫(yī)學實驗、工業(yè)噴霧器、霧化器或霧化噴嘴的設計等。這種技術的核心是理解液滴與網(wǎng)狀結構(如網(wǎng)格、孔隙或網(wǎng)格狀表面)的相互作用，包括液滴的破碎、分散、吸附和流動行為。

2、數(shù)值模擬因其快速、高效以及成本低廉的優(yōu)勢受到了許多學者的青睞，但當下迫切需要解決的一個技術問題就是：需要一種液滴撞擊網(wǎng)狀結構的仿真模擬方法，以探究液滴撞擊液膜動力學過程中的流動傳熱特性，促進其在相關領域中的應用價值。相場模塊是一種強大的數(shù)值模擬工具，主要用于解決涉及相變、擴散和界面動態(tài)的問題基于相場理論，將復雜的物理過程簡化為一個連續(xù)的場，這個場可以描述不同相之間的連續(xù)過渡，如固-液、固-氣、液-液、固-固相變，以及擴散過程中的界面演化。

3、然而，目前液滴撞擊網(wǎng)狀結構的行為受到多種因素的影響，其動態(tài)行為相對復雜，導致預測變得困難，對其傳熱傳質效能的研究產(chǎn)生巨大的影響，同時，對液滴撞擊后流體流動演化形態(tài)與流體間、流固界面的熱量傳導等物理現(xiàn)象的研究也產(chǎn)生了阻礙。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決背景技術存在的不足，本發(fā)明提供一種基于相場方法液滴撞擊網(wǎng)狀結構的兩相問題模擬方法，其利用相場控制方程和歐拉模型，實現(xiàn)了液滴撞擊網(wǎng)狀結構的聚并離散過程模擬，無需進行繁雜的實驗操作。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取下述技術方案：一種基于相場方法液滴撞擊網(wǎng)狀結構的兩相問題模擬方法，包括以下步驟：

3、s1、通過閱讀相關實驗文獻得到液滴形成液膜對應的氣液參數(shù)；

4、所述氣液參數(shù)包括液體相入口流速u、絕對壓力p、導熱系數(shù)k、體積力源項f、重力矢量g、液體相溫度t、位置向量r、參考位置向量rref、氣體相和液體相的密度ρ1和ρ2、氣體相和液體相的動力粘度μ1和μ2、界面厚度控制參數(shù)ε、表面張力系數(shù)σ以及相含率φ；

5、s2、基于氣液參數(shù)，繪制絲網(wǎng)結構模型和液滴模型；

6、液滴模型與絲網(wǎng)結構模型包括以下控制方程：

7、a.液滴在氣體相中下落的歐拉模型

8、

9、式中，是梯度算子，下標i＝1,2分別對應氣體相和液體相，t為時間，α為體積分數(shù)，v為速度場，p為局部壓力，fg,i是氣液之間的相間作用力；

10、b.navier-stokes方程

11、

12、c.層流初始化方程

13、

14、式中，是拉普拉斯算子，f是外力；

15、d.相場控制方程

16、

17、其中，公式(1)和公式(2)表示的歐拉模型，用于描述液滴在氣體相中的運動，公式(3)和公式(4)表示的navier-stokes方程和層流初始化方程，用于描述液滴的初始形狀和位置，公式(5)-公式(8)表示的相場控制方程，用于描述液滴表面張力和相變過程；

18、s3、繪制液滴撞擊絲網(wǎng)結構模型，劃分多個網(wǎng)格自適應區(qū)域，進行模擬計算；

19、根據(jù)實際液滴和絲網(wǎng)結構的尺寸，等比例縮小繪制液滴撞擊絲網(wǎng)結構模型，劃分多個網(wǎng)格自適應區(qū)域，將s1測定的氣液參數(shù)分別設置為入口邊界條件，在入口端設置液體相入口流速u、絕對壓力p、液體相溫度t和初始注入時的液滴粒徑，對模擬區(qū)域設置重力矢量g、表面張力系數(shù)σ、氣體相的密度ρ1和動力粘度μ1，利用s2中公式(1)-公式(8)獲得出口端參數(shù)，認定當液滴到達出口端時完成計算；

20、s4、根據(jù)s3得出的模擬結果，進行后處理得到液滴撞擊絲網(wǎng)結構的速度云圖、壓力云圖、相體積分數(shù)云圖以及動畫，與實驗文獻的結果進行對比分析判定是否相似，若否，則返回s3重復操作，若是，則輸出計算結果。

21、進一步的，所述s3中劃分多個網(wǎng)格自適應區(qū)域時，對液滴域進行自由四邊形網(wǎng)格劃分，對絲網(wǎng)結構上下0.05cm范圍內(nèi)進行自由三角形網(wǎng)格劃分。

22、進一步的，所述s3中的出口端參數(shù)包括氣體相的速度場v1、液體相的速度場v2和絕對壓力p。

23、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明基于相界面追蹤和自適應動態(tài)網(wǎng)格技術探究液滴在不同的濃度、撞擊速度、撞擊網(wǎng)狀結構不同位置等條件下的動力學行為，及其產(chǎn)生相應撞擊現(xiàn)象的物理機制，有利于進一步揭示液滴撞擊的傳熱傳質效能的作用，了解液滴撞擊后流體流動演化形態(tài)與流體間、流固界面的熱量傳導等物理現(xiàn)象，從而為控制傳熱傳質效能提供解決思路。

技術特征：

1.一種基于相場方法液滴撞擊網(wǎng)狀結構的兩相問題模擬方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于相場方法液滴撞擊網(wǎng)狀結構的兩相問題模擬方法，其特征在于：所述s3中劃分多個網(wǎng)格自適應區(qū)域時，對液滴域進行自由四邊形網(wǎng)格劃分，對絲網(wǎng)結構上下0.05cm范圍內(nèi)進行自由三角形網(wǎng)格劃分。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于相場方法液滴撞擊網(wǎng)狀結構的兩相問題模擬方法，其特征在于：所述s3中的出口端參數(shù)包括氣體相的速度場v1、液體相的速度場v2和絕對壓力p。

技術總結
一種基于相場方法液滴撞擊網(wǎng)狀結構的兩相問題模擬方法，涉及液滴撞擊仿真技術領域。通過實驗文獻得到液滴形成液膜對應的氣液參數(shù)；基于氣液參數(shù)繪制絲網(wǎng)結構模型和液滴模型，用歐拉模型描述液滴在氣體相中的運動，用Navier?Stokes方程和層流初始化方程描述液滴的初始形狀和位置，用相場控制方程描述液滴表面張力和相變過程；繪制液滴撞擊絲網(wǎng)結構模型，劃分多個網(wǎng)格自適應區(qū)域，進行模擬計算；根據(jù)得出的模擬結果，進行后處理得到液滴撞擊絲網(wǎng)結構的速度云圖、壓力云圖、相體積分數(shù)云圖以及動畫。其利用相場控制方程和歐拉模型，實現(xiàn)了液滴撞擊網(wǎng)狀結構的聚并離散過程模擬，無需進行繁雜的實驗操作。

技術研發(fā)人員：劉曉剛,孫宏旭,陳巨輝,趙晨希,王宇航,孫海鋒
受保護的技術使用者：哈爾濱理工大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6