一種單顆粒曳力模型系數(shù)標定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及氣固兩相流動模擬技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明公開了一種單顆粒曳力模型系數(shù) 標定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前氣固兩相流的模擬大多采用以下兩種模型：離散相模型和雙流體模型。這兩 種方法中氣相均采用Navier-Stokes方程來描述，相間均通過曳力來耦合。實際上顆粒所 受的力除曳力和重力外，還包括浮力、升力、虛質(zhì)量力和靜電力等。但是由于氣體和顆粒間 密度的巨大差異，這些難以用模型表達的力在實際的應(yīng)用過程中通常被忽略。因此，如何 描述相間的曳力就成為決定模擬結(jié)果正確與否的關(guān)鍵因素。
[0003] 關(guān)于曳力的模型大致可歸為以下三種：①根據(jù)實驗數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)得到的經(jīng)驗或半經(jīng) 驗模型，如Wen&Yu模型、Ergun模型；②基于一定的氣固作用機理，通過數(shù)學的方法推導 得到的模型，如Zhang等模型、Hill等模型；③根據(jù)最小能量原理推導出的模型，如肖海 濤等模型。這些模型都有各自的特點，提出的機理不同，各種曳力模型的應(yīng)用可能會得到 不同的結(jié)果。到目前為止，氣固兩相流的模擬過程中尚不能找到一個通用合適的模型。
[0004] 目前最常用的標定曳力模型系數(shù)的方法是采用標準阻力曲線進行，在初步模擬方 面能夠模擬要求，但是由于標準阻力曲線是在一定的條件參數(shù)下獲取的，不能夠精確地滿 足目前越來越苛刻的計算條件，如高馬赫數(shù)高雷諾數(shù)等，而有些狀態(tài)曳力準確標定難度較 大或者目前技術(shù)條件無法標定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述問題，本發(fā)明提出了一種實現(xiàn)單顆粒曳力模型系數(shù)標定的方法。
[0006] 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0007] -種單顆粒曳力模型系數(shù)標定方法，其具體包括以下的步驟：
[0008] 步驟一、采用數(shù)值計算方法得到準確的單顆粒運動時間歷程變量Ptmget，P tmget = wi*Vt_t+w2*CDta, grt;其中ω JP ω 2分別為權(quán)系數(shù)，Vtmget為該單顆粒的速度時間歷程， CDtargrt為該單顆粒的阻力時間歷程；
[0009] 步驟二、選定系數(shù)標定的基礎(chǔ)模型，從該基礎(chǔ)模型中獲取多組設(shè)計變量分布a」，使 用不同的樣本點計算該單顆粒在不同樣本點的速度時間歷程\和阻力時間歷程CDi,采用 關(guān)聯(lián)函數(shù)關(guān)聯(lián)得到PiJi= ω 其中i為選取的樣本點的個數(shù)，j為影響該單顆 粒的歷程的設(shè)計變量的個數(shù)；
[0010] 步驟三、以a」作為設(shè)計變量，以Λ P = P ^Ptmget作為標定的優(yōu)化目標，建立響應(yīng)面 模型，并通過優(yōu)化尋優(yōu)尋找最小值，獲取響應(yīng)面最佳參數(shù)組合；
[0011] 步驟四、以響應(yīng)面最佳參數(shù)組合作為輸入開展氣固兩相流動計算，如果計算軌跡 結(jié)果與標定的優(yōu)化目標△ P之間滿足收斂條件，則認為響應(yīng)面最佳參數(shù)組合為最終標定系 數(shù)組，如不滿足收斂條件則將計算出的新結(jié)果與原有計算結(jié)果合并重新生成新的響應(yīng)面 模型，重新進行優(yōu)化尋優(yōu)，直至計算軌跡結(jié)果與標定目標△ P滿足收斂條件為止。
[0012] 更進一步地，上述步驟一具體為采用CFD耦合六自由度運動方程計算該單顆粒的 速度時間歷程和阻力時間歷程。
[0013] 更進一步地，上述方法還包括采用DOE方法在設(shè)計空間內(nèi)將單顆粒曳力模型系數(shù) 均勻分布。
[0014] 更進一步地，上述優(yōu)化尋優(yōu)的方式為采用SQP方法進行優(yōu)化尋優(yōu)。
[0015] 通過采用以上的技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下的有益效果：使得在不需要開展復雜 試驗的基礎(chǔ)上即可對單顆粒曳力模型系數(shù)進行準確標定，同時能夠?qū)υ囼灎顟B(tài)難度較大或 者目前技術(shù)開展不了的單顆粒曳力模型系數(shù)進行準確標定，為氣固兩相流動計算研宄提供 準確基礎(chǔ)參數(shù)。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明的單顆粒曳力模型系數(shù)標定方法的流程圖。
[0017] 圖2為圓球模型空間網(wǎng)格劃分示意圖。
[0018] 圖3為采用CFD耦合六自由度飛行力學方程計算出的單球運動速度和阻力時間歷 程。
[0019] 圖4為采用DOE方法分布的曳力模型前3個系數(shù)的分布關(guān)系圖。
[0020] 圖5為采用其中一組初始參數(shù)計算出的單球運動速度和阻力時間歷程。
[0021]
【具體實施方式】
[0022] 下面結(jié)合說明書附圖，詳細說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0023] 圖1為本發(fā)明的單顆粒曳力模型系數(shù)標定方法的流程圖。
[0024] 本發(fā)明公開了一種單顆粒曳力模型系數(shù)標定方法，其具體包括以下的步驟：
[0025] 步驟一、采用數(shù)值計算方法得到準確的單顆粒運動時間歷程變量Ptmget，P tmget = wi*Vt_t+w2*CDta, grt;其中ω JP ω 2分別為權(quán)系數(shù)，Vtmget為該單顆粒的速度時間歷程， CDtogrt為該單顆粒的阻力時間歷程。其中ω JP ω 2的值可以根據(jù)經(jīng)驗自助調(diào)節(jié)，比如均為 0. 5〇
[0026] 步驟二、選定系數(shù)標定的基礎(chǔ)模型，從該基礎(chǔ)模型中獲取多組設(shè)計變量分布a」， 使用不同的樣本點計算該單顆粒在不同樣本點的速度時間歷程\和阻力時間歷程CDi,采 用關(guān)聯(lián)函數(shù)關(guān)聯(lián)得到Pi, Pi= ω 其中i為選取的樣本點的個數(shù)，j為影響該 單顆粒的歷程的設(shè)計變量的個數(shù)。比如以Kurten曳力模型作為系數(shù)標定的基礎(chǔ)模型，則
【主權(quán)項】
1. 一種單顆粒曳力模型系數(shù)標定方法，其具體包括以下的步驟： 步驟一、采用數(shù)值計算方法得到準確的單顆粒運動時間歷程變量/， 產(chǎn)其中％和分別為權(quán)系數(shù)為該單顆粒的速度時間 歷程，^為該單顆粒的阻力時間歷程； 步驟二、選定系數(shù)標定的基礎(chǔ)模型，從該基礎(chǔ)模型中獲取多組設(shè)計變量分布&使用不 同的樣本點計算該單顆粒在不同樣本點的速度時間歷程^和阻力時間歷程CZl采用關(guān)聯(lián) 函數(shù)關(guān)聯(lián)得到產(chǎn)巧;其中i為選取的樣本點的個數(shù)，j為影響該單顆粒的歷 程的設(shè)計變量的個數(shù)； 步驟三、以a/乍為設(shè)計變量，以』作為標定的優(yōu)化目標，建立響應(yīng)面模型， 并通過優(yōu)化尋優(yōu)尋找最小值，獲取響應(yīng)面最佳參數(shù)組合； 步驟四、以響應(yīng)面最佳參數(shù)組合作為輸入開展氣固兩相流動計算，如果計算軌跡結(jié)果 與標定的優(yōu)化目標間滿足收斂條件，則認為響應(yīng)面最佳參數(shù)組合為最終標定系數(shù) 組，如不滿足收斂條件則將計算出的新結(jié)果與原有計算結(jié)果合并重新生成新的響應(yīng)面模 型，重新進行優(yōu)化尋優(yōu)，直至計算軌跡結(jié)果與標定目標」戶滿足收斂條件為止。
2. 如權(quán)利要求1所述的單顆粒曳力模型系數(shù)標定方法，其特征在于所述步驟一具體為 采用CFD耦合六自由度運動方程計算該單顆粒的速度時間歷程和阻力時間歷程。
3. 如權(quán)利要求2所述的單顆粒曳力模型系數(shù)標定方法，其特征在于所述方法還包括采 用漢^方法在設(shè)計空間內(nèi)將單顆粒曳力模型系數(shù)均勻分布。
4. 如權(quán)利要求3所述的單顆粒曳力模型系數(shù)標定方法，其特征在于所述優(yōu)化尋優(yōu)的方 式為采用5以方法進行優(yōu)化尋優(yōu)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種單顆粒曳力模型系數(shù)標定方法，其具體包括以下的步驟：步驟一、采用數(shù)值計算方法得到準確的單顆粒運動時間歷程變量Ptarget；步驟二、選定系數(shù)標定的基礎(chǔ)模型，從該基礎(chǔ)模型中獲取多組設(shè)計變量分布aj，使用不同的樣本點計算該單顆粒在不同樣本點的速度時間歷程Vi和阻力時間歷程CDi；步驟三、建立響應(yīng)面模型，并通過優(yōu)化尋優(yōu)尋找最小值，獲取響應(yīng)面最佳參數(shù)組合；步驟四、以響應(yīng)面最佳參數(shù)組合作為輸入開展氣固兩相流動計算，如果計算軌跡結(jié)果與標定的優(yōu)化目標ΔP之間滿足收斂條件，則認為響應(yīng)面最佳參數(shù)組合為最終標定系數(shù)組，如不滿足收斂條件則將計算出的新結(jié)果與原有計算結(jié)果合并重新生成新的響應(yīng)面模型。從而對單顆粒曳力模型進行系數(shù)標定。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號】CN104657595
【申請?zhí)枴緾N201510033789
【發(fā)明人】陶洋, 林俊, 陸波, 郭秋亭, 王曉冰, 王元靖, 左金, 蔣為民, 林學東, 楊可, 劉剛, 余立, 楊海泳
【申請人】中國空氣動力研究與發(fā)展中心高速空氣動力研究所
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年1月23日