[发明专利]三相传热相变过程的模拟方法

权利要求书

1.一种三相传热相变过程的模拟方法，其特征在于，所述方法包括：

确定预设三相区域的初始条件和边界条件；

确定初始时间、计算时间步长和计算结束时间；

利用有限体积法对预设的偏微分方程进行离散化得到代数方程；其中，所述偏微分方程中的液相体积分数表示为温度的连续函数；

在所述初始条件和所述边界条件下，基于所述初始时间、所述计算时间步长和所述计算结束时间，对所述代数方程进行迭代求解，当迭代求解结果达到预设的迭代精度时，停止所述迭代求解过程，获得迭代求解结果；

基于所述迭代求解结果，模拟所述预设三相区域的三相传热相变过程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述偏微分方程包括不可压缩两相流的连续性方程、不可压缩两相流的动量方程、不混溶不可压缩两相流之间的自由界面方程和气液固三相的连续相变能量方程。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，可以通过如下公式(1)表示所述不可压缩两相流的连续性方程：

其中，表示速度矢量。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，可以通过如下公式(2)表示所述不可压缩两相流的动量方程：

其中，ρ表示密度，表示速度矢量，p表示压力，表示粘性应力矢量，g表示重力加速度，表示单位体积的表面张力，表示液体两相相变对动量带来的影响，t表示时间。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，可以通过如下公式(3)表示所述不混溶不可压缩两相流之间的自由界面方程：

其中，表示相分数，t表示时间，表示平均速度，表示两相流相对速度。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，可以通过如下公式(4)表示所述气液固三相的连续相变能量方程：

其中，ρ表示密度，H为显热和潜热之和，h_r是在参考温度下的显热，c是常压下的比热容，λ是导热系数，t表示时间，表示速度矢量，T表示温度变量，T_r表示参考温度，dT表示温度积分，表示气液两相中液相相分数，β表示液固两相中液相体积分数，L表示凝固潜热。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述代数方程进行迭代求解的过程中，每次求解的过程包括：

获取上一次求解过程的物性系数；所述物性系数包括比热容和导热系数；

基于所述物性系数，对所述不可压缩两相流的连续性方程和所述不可压缩两相流的动量方程进行求解，获得新的压力和新的速度；

基于所述新的压力和所述新的速度，对所述不混溶不可压缩两相流之间的自由界面方程进行求解，获得新的相分数值；

基于所述新的相分数值，对所述气液固三相的连续相变能量方程进行求解，获得新的温度；

基于所述新的温度，确定所述偏微分方程中的液相体积分数；

基于所述液相体积分数，确定此次求解过程的物性系数。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述获得迭代求解结果包括：

获取迭代求解过程中每次求解过程所获得的新的压力、新的速度和新的温度；

将所述每次求解过程所获得的新的压力、新的速度和新的温度作为迭代求解结果。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，可以通过如下公式(5)表示所述偏微分方程中的液相体积分数：

β＝0.5+0.5erf[4(T-T_m)/(T_d-T_u)] (5)

其中，β表示液相体积分数，erf(x)为误差函数，取值在0～1之间，广泛应用于概率论、统计学以及偏微分方程和半导体物理中，T表示温度变量，T_m表示凝固点温度，T_d和T_u分别表示相变温度的上下限。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，基于所述液相体积分数，可以通过如下公式(6)确定此次求解过程的物性系数：

其中，c表示比热容，λ表示导热系数，c_g、c_l、c_s分别为气相、液相、固相的比热容，λ_g、λ_l、λ_s分别为气相、液相、固相的导热系数，表示相分数，β表示液相体积分数。