[发明专利]一种基于有限元的GIS腔内悬浮颗粒剩余量计算方法

权利要求书

1.一种基于有限元的GIS腔内悬浮颗粒剩余量计算方法，其特征在于：所述计算方法包括以下步骤；

S1、构造GIS腔内介质流动区域的计算域模型；

S2、使用网格划分软件读取GIS腔内介质的流动计算域模型，利用网格划分软件对流动计算域进行网格划分，把网格划分设定保存到网格文件；

S3、根据GIS腔真空抽气过程，得到GIS出口压力P与抽气时间t的数学关系式P=f（t），用于模拟GIS腔在抽气过程中的变化；

S4、使用流动模拟软件对GIS腔抽气过程进行模拟仿真；

S5、通过更改步骤S4的GIS腔抽气过程中的悬浮颗粒大小及数量的设定，得到不同设定下悬浮颗粒剩余量，并拟合得出计算公式；

步骤S4具体包括以下步骤；

步骤A1、使用流动模拟软件打开步骤S2所保存的网格文件；

步骤A2、按GIS腔实际工况设置流体计算域介质的物质特性和出口边界条件；

步骤A3、以UDF程序来控制GIS出口压力P与抽气时间t，作为GIS腔出口边界条件；

步骤A4、开启内置离散项DPM模型来设置GIS腔计算域内悬浮颗粒的大小及数量，并监测颗粒逃逸数量；

步骤A5、开始计算，对真空抽气处理过程进行模拟时，模拟GIS腔内悬浮颗粒将随着气流被抽出，逃逸数量逐渐发生变化，直至模拟结果的数值计算发生收敛为止，最终得到处理完成后腔内颗粒剩余数量；

所述流体计算域介质为具有可压缩性的理想空气，其特性包括操作压力及密度；所述出口边界条件包括出口速度、温度、初始压力；

在监测颗粒逃逸时，将接触到出口边界的颗粒定义为逃逸类型颗粒，使用软件对其统计。

2.根据权利要求1所述的一种基于有限元的GIS腔内悬浮颗粒剩余量计算方法，其特征在于：在步骤S1中，在三维建模软件中构造GIS腔内介质流动区域的计算域模型。

3.根据权利要求1所述的一种基于有限元的GIS腔内悬浮颗粒剩余量计算方法，其特征在于：所述步骤S1的流动区域计算域包括GIS腔内介质的压力分布区域、流速分布区域。

4.根据权利要求3所述的一种基于有限元的GIS腔内悬浮颗粒剩余量计算方法，其特征在于：步骤S3中，利用编程语言将出口压力P与抽气时间t的数学关系编写为适用于流动模拟软件的UDF程序，通过UDF程序控制GIS腔出口压力与抽气时间关系，来模拟GIS腔真空抽气的实际运行情况。

5.根据权利要求1所述的一种基于有限元的GIS腔内悬浮颗粒剩余量计算方法，其特征在于：在步骤A5中，判断数值收敛通过以下两种方式：

方式B1、以残差值变化为依据，软件默认当残差值降到低于标准值的10^-3时，则认为计算过程收敛；

方式B2、监测并判断系统性能参数，当整个系统的质量、能量和动量都守恒时，则认为计算过程收敛。

6.根据权利要求1所述的一种基于有限元的GIS腔内悬浮颗粒剩余量计算方法，其特征在于：在步骤S5中，通过分别更改颗粒大小与数量的设定，得出流动模拟软件在不同设定下的悬浮颗粒剩余量，并使用数据拟合相关公式， 具体为：

方法C1、保持颗粒数量不变，更改颗粒直径大小，拟合出不同颗粒直径与颗粒剩余量之间的关系式；

方法C2、保持颗粒直径不变，更改颗粒数量，拟合出抽气前不同数量的悬浮颗粒与颗粒剩余量之间的关系式。

7.根据权利要求1所述的一种基于有限元的GIS腔内悬浮颗粒剩余量计算方法，其特征在于：所述GIS腔真空抽气过程采用的设备结构包括气室、排气管道和GIS腔室；所述GIS腔室以盆式绝缘子、中心导杆和外壳围成；所述排气管道与GIS腔室连接。