[发明专利]一种基于浸入边界法的搅拌反应釜模拟方法

权利要求书

1.一种基于浸入边界法的搅拌反应釜模拟方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)准备阶段，包括计算参数的测定和设置、生成流体网格文件、生成拉格朗日标记点信息和准备计算资源；

(2)数值计算，设定计算区域的边界条件并基于流体网格求解速度场与温度场，其中计算区域中运动或者静止边界处的流固耦合采用浸入边界法实现；

(3)结合离散单元法实现颗粒流体两相流的界面解析模拟，颗粒表面处直接采用浸入边界法施加无滑移边界条件；

(4)后处理阶段，模拟完成后输出每个欧拉网格点的信息以及每个颗粒的信息。

2.根据权利要求1所述的搅拌反应釜模拟方法，其特征在于，步骤(1)中计算参数包括数值参数和物理参数。

3.根据权利要求2所述的搅拌反应釜模拟方法，其特征在于，所述数值参数包括时间步长、网格数和进程数。

4.根据权利要求2所述的搅拌反应釜模拟方法，其特征在于，所述物理参数包括搅拌釜结构参数、流体的密度、流体的粘度、颗粒直径和颗粒密度。

5.根据权利要求4所述的搅拌反应釜模拟方法，其特征在于，搅拌釜结构参数包括搅拌釜的高度、搅拌釜的直径、搅拌桨的几何形状和搅拌桨的尺寸。

6.根据权利要求4所述的搅拌反应釜模拟方法，其特征在于，搅拌釜结构参数采用长度测量工具测定。

7.根据权利要求4所述的搅拌反应釜模拟方法，其特征在于，流体的密度采用密度计进行测量。

8.根据权利要求4所述的搅拌反应釜模拟方法，其特征在于，流体的粘度采用毛细管粘度计、落球黏度计或同轴圆筒粘度计中任意一种进行测量。

9.根据权利要求4所述的搅拌反应釜模拟方法，其特征在于，颗粒直径采用激光粒度仪进行测量。

10.根据权利要求4所述的搅拌反应釜模拟方法，其特征在于，颗粒密度采用密度仪进行测量。

11.根据权利要求1所述的搅拌反应釜模拟方法，其特征在于，步骤(1)中流体网格文件包含每个网格的位置点坐标、速度的初始数值、压力的初始数值和网格固含率数据。

12.根据权利要求1所述的搅拌反应釜模拟方法，其特征在于，所述流体网格为欧拉网格。

13.根据权利要求1所述的搅拌反应釜模拟方法，其特征在于，步骤(1)中拉格朗日标记点信息包括搅拌桨表面的标记点信息。

14.根据权利要求1所述的搅拌反应釜模拟方法，其特征在于，步骤(1)中拉格朗日标记点信息还包括颗粒表面标记点的信息。

15.根据权利要求1所述的搅拌反应釜模拟方法，其特征在于，步骤(1)中准备计算资源包括CPU资源和GPU资源。

16.根据权利要求1所述的搅拌反应釜模拟方法，其特征在于，步骤(2)数值计算包括以下步骤：

(a)读取准备阶段生成的流体网格文件和计算参数，并将其由CPU端传递到GPU端；

(b)在不考虑控制方程中体积力源项的情况下求解纳维-斯托克斯方程得到预估速度；

(c)求解压力泊松方程得到压力修正值，进一步更新预估速度；

(d)流固耦合处理，采用直接力方法处理运动边界得到作用力f₁，采用体积分数方法处理静止边界得到流固界面处的体积力f₂，将f₁与f₂累加得到作用力f并更新流场速度；

(e)通过作用力f和流场速度更新浸入边界的位置与速度。