一种空化流压力模拟方法及装置制造方法及图纸

本申请公开了一种空化流压力模拟方法及装置。该方法包括：根据控制方程计算流体机械内的每点的压力值和密度；判断每个点的压力值是否小于预设的饱和压力值；对小于所述预设饱和压力值的点，根据该点的密度、流体机械内的流体密度、空气密度、流体声速、空气声速重新计算该点的压力值；根据所述重新计算的压力值，对所述流体机械内空化流进行模拟。重新计算后的压力值更加接近该点的真实压力值，以实现更加准确的分析、模拟，上述方法尤为适用于大尺度瞬态空化流的模拟中，且应用上述实施例也不必在模拟时采用比物理饱和压力大得多的“饱和”压力，更加方便模拟。

A simulation method and device of cavitation flow pressure

【技术实现步骤摘要】
一种空化流压力模拟方法及装置
本申请涉及流体模拟
，尤其涉及一种空化流压力模拟方法及装置。
技术介绍
非稳态(瞬态)空化是一种复杂的流动现象，与动态界面创建(空化产生)，空化演化和空化溃灭的流体力学相关。这种空化流通常在水下爆炸和工业管道流中产生。对于这种空化流，从工程应用的角度来看，由空化塌陷引起的压力波动是主要关注的问题。目前，常见的对空化流进行模拟的模型，包括截止(Cutoff)模型、真空模型以及施密特(Schmidt)模型。在截止模型中，一旦检测到压力低于饱和压力，就简单地假定流动压力为给定的饱和压力，因此，截止模型本质上是一个单相模型，没有考虑相变，且使用该模型的计算无法保证质量守恒。真空模型是另一种常用的单相模型，这是一个数学上合理的模型，但很难扩展应用到实际的多维问题。目前较为有效的单流体空化模型是施密特模型，该模型可以有效地模拟高压和高速喷嘴中发生的空化流；但是，如果将此模型用于模拟具有较大的气液密度比的大规模非定常空化，则必须使用比物理饱和压力大得多的“饱和”压力，从而导致非物理的空化压力和/或空化界面处的数值振荡。
技术实现思路
本申请实施例提供一种空化流压力模拟方法及装置，采用新的模型对空化流进行模拟从而对空化流进行分析、模拟。第一方面，本申请实施例提供了一种空化流压力模拟方法，包括：根据控制方程计算流体机械内的每点的压力值和密度；判断每个点的压力值是否小于预设的饱和压力值；对小于所述预设饱和压力值的点，根据该点的密度、流体机械内的流体密度、空气密度、流体声速、空气声速重新计算该点的压力值；根据所述重新计算的压力值，对所述流体机械内空化流进行模拟。在一种可能的实现方式中，所述对小于所述预设饱和压力值的点，重新计算该点的压力值，包括：对小于所述预设饱和压力值且大于预设真空压力值的点，重新计算该点的压力值。在一种可能的实现方式中，所述根据所述密度、流体机械内的流体密度、空气密度、流体声速、空气声速重新计算该点的压力值，包括：根据下述公式确定该点的压力值：ρ＝αρg+(1-αρl)其中，P表示重新计算后的该点的压力值，psat表示表示预设的饱和压力值，ρg表示空气密度，ag表示空气中的声速，ρl表示流体密度，al表示流体中的声速，ρ表示根据所述控制方程计算得到的该点的密度，α表示流体与空气的体积比。在一种可能的实现方式中，上述方法还包括：对小于所述预设真空压力值的点，则将所述预设真空压力值作为所述点的压力值。在一种可能的实现方式中，所述根据控制方程计算流体机械内的每点的压力值，包括：根据Tait方程，计算流体机械内每点的压力值。第二方面，本申请实施例提供了一种空化流压力模拟装置，包括：第一计算单元，用于根据控制方程计算流体机械内的每点的压力值和密度；判断单元，用于判断每个点的压力值是否小于预设的饱和压力值；第二计算单元，用于对小于所述预设饱和压力值的点，根据该点的密度、流体机械内的流体密度、空气密度、流体声速、空气声速重新计算该点的压力值；模拟单元，用于根据所述重新计算的压力值，对所述流体机械内空化流进行模拟。在一种可能的实现方式中，所述第二计算单元，具体用于：对小于所述预设饱和压力值且大于预设真空压力值的点，重新计算该点的压力值。在一种可能的实现方式中，所述第二计算单元，具体用于：根据下述公式确定该点的压力值：ρ＝αρg+(1-αρl)其中，P表示重新计算后的该点的压力值，psat表示表示预设的饱和压力值，ρg表示空气密度，ag表示空气中的声速，ρl表示流体密度，al表示流体中的声速，ρ表示根据所述控制方程计算得到的该点的密度，α表示流体与空气的体积比。在一种可能的实现方式中，所述第二计算单元，还用于：对小于所述预设真空压力值的点，则将所述预设真空压力值作为所述点的压力值。在一种可能的实现方式中，所述第一计算单元，具体用于：根据Tait方程，计算流体机械内每点的压力值。第三方面，本申请实施例提供了一种空化流压力模拟设备，包括：处理器、存储器以及通信接口，所述通信接口用于获取所述方法所需的数据，所述处理器用于调用所述存储器中存储的计算机程序，执行如第一方面任一种实现方式所述的空化流压力模拟方法。第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如第一方面中任一项所述方法。本申请上述实施例提供了一种新的空化流模型，先根据控制方程初步求解流体机械中各点的压力值、密度等，然后对小于预设的饱和压力的点，再根据该点的密度、流体机械内的流体密度、空气密度、流体声速、空气声速重新计算该点的压力值，以使得重新计算后的压力值更加接近该点的真实压力值，以实现更加准确的分析、模拟，上述实施例尤为适用于大尺度瞬态空化流的模拟中，且应用上述实施例也不必在模拟时采用比物理饱和压力大得多的“饱和”压力，更加方便模拟。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例提供的空化流压力模拟方法的流程示意图；图2为本申请实施例提供的管道空化示意图；图3为本申请实施例提供的管道水锤问题示意图；图4为本申请实施例提供的实验结果示意图；图5为本申请实施例提供的模拟结果示意图；图6为本申请实施例提供的空化流压力模拟装置的结构示意图；图7为本申请实施例提供的空化流压力模拟设备的结构示意图。具体实施方式为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本申请所保护的范围。由于目前常见的用于对空化流进行模拟的截止模型、真空模型以及施密特模型在实际应用中存在诸多问题，因此，本申请实施例提供一种新的模型，用于实现对流体机械内的空化流压力进行模拟。该方法适用的流体机械可以包括管道、泵体、阀门等等。参见图1，为本申请实施例提供的空化流压力模拟方法的流程示意图。如图所示，该方法可以包括以下步骤：步骤101、根据控制方程计算流体机械内的每点的压力值和密度。可选的，可以根据Tait方程计算流体机械内每点的压力值。例如，对于二维通用问题，可压缩流体欧拉坐标系下的控制方程可通过下述公式表示：E本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空化流压力模拟方法，其特征在于，包括：/n根据控制方程计算流体机械内的每点的压力值和密度；/n判断每个点的压力值是否小于预设的饱和压力值；/n对小于所述预设饱和压力值的点，根据该点的密度、流体机械内的流体密度、空气密度、流体声速、空气声速重新计算该点的压力值；/n根据所述重新计算的压力值，对所述流体机械内空化流进行模拟。/n

【技术特征摘要】
1.一种空化流压力模拟方法，其特征在于，包括：
根据控制方程计算流体机械内的每点的压力值和密度；
判断每个点的压力值是否小于预设的饱和压力值；
对小于所述预设饱和压力值的点，根据该点的密度、流体机械内的流体密度、空气密度、流体声速、空气声速重新计算该点的压力值；
根据所述重新计算的压力值，对所述流体机械内空化流进行模拟。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对小于所述预设饱和压力值的点，重新计算该点的压力值，包括：
对小于所述预设饱和压力值且大于预设真空压力值的点，重新计算该点的压力值。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述密度、流体机械内的流体密度、空气密度、流体声速、空气声速重新计算该点的压力值，包括：
根据下述公式确定该点的压力值：






ρ＝αρg+(1-αρl)
其中，P表示重新计算后的该点的压力值，psat表示表示预设的饱和压力值，ρg表示空气密度，ag表示空气中的声速，ρl表示流体密度，al表示流体中的声速，ρ表示根据所述控制方程计算得到的该点的密度，α表示流体与空气的体积比。


4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
对小于所述预设真空压力值的点，则将所述预设真空压力值作为所述点的压力值。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据控制方程计算流体机械内的每点的压力值，包括：
根据Tait方程，计算流体机械内每点...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢文锋，
申请(专利权)人：海仿上海科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31