一种单颗粒曳力模型系数标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及气固两相流动模拟技术领域，本发明公开了一种单颗粒曳力模型系数 标定方法。
【背景技术】
[0002] 目前气固两相流的模拟大多采用以下两种模型：离散相模型和双流体模型。这两 种方法中气相均采用Navier-Stokes方程来描述，相间均通过曳力来耦合。实际上颗粒所 受的力除曳力和重力外，还包括浮力、升力、虚质量力和静电力等。但是由于气体和颗粒间 密度的巨大差异，这些难以用模型表达的力在实际的应用过程中通常被忽略。因此，如何 描述相间的曳力就成为决定模拟结果正确与否的关键因素。
[0003] 关于曳力的模型大致可归为以下三种：①根据实验数据关联得到的经验或半经 验模型，如Wen&Yu模型、Ergun模型；②基于一定的气固作用机理，通过数学的方法推导 得到的模型，如Zhang等模型、Hill等模型；③根据最小能量原理推导出的模型，如肖海 涛等模型。这些模型都有各自的特点，提出的机理不同，各种曳力模型的应用可能会得到 不同的结果。到目前为止，气固两相流的模拟过程中尚不能找到一个通用合适的模型。
[0004] 目前最常用的标定曳力模型系数的方法是采用标准阻力曲线进行，在初步模拟方 面能够模拟要求，但是由于标准阻力曲线是在一定的条件参数下获取的，不能够精确地满 足目前越来越苛刻的计算条件，如高马赫数高雷诺数等，而有些状态曳力准确标定难度较 大或者目前技术条件无法标定。
【发明内容】
[0005] 针对上述问题，本发明提出了一种实现单颗粒曳力模型系数标定的方法。
[0006] 本发明的目的通过下述技术方案来实现：
[0007] -种单颗粒曳力模型系数标定方法，其具体包括以下的步骤：
[0008] 步骤一、采用数值计算方法得到准确的单颗粒运动时间历程变量Ptmget，P tmget = wi*Vt_t+w2*CDta, grt;其中ω JP ω 2分别为权系数，Vtmget为该单颗粒的速度时间历程， CDtargrt为该单颗粒的阻力时间历程；
[0009] 步骤二、选定系数标定的基础模型，从该基础模型中获取多组设计变量分布a」，使 用不同的样本点计算该单颗粒在不同样本点的速度时间历程\和阻力时间历程CDi,采用 关联函数关联得到PiJi= ω 其中i为选取的样本点的个数，j为影响该单颗 粒的历程的设计变量的个数；
[0010] 步骤三、以a」作为设计变量，以Λ P = P ^Ptmget作为标定的优化目标，建立响应面 模型，并通过优化寻优寻找最小值，获取响应面最佳参数组合；
[0011] 步骤四、以响应面最佳参数组合作为输入开展气固两相流动计算，如果计算轨迹 结果与标定的优化目标△ P之间满足收敛条件，则认为响应面最佳参数组合为最终标定系 数组，如不满足收敛条件则将计算出的新结果与原有计算结果合并重新生成新的响应面 模型，重新进行优化寻优，直至计算轨迹结果与标定目标△ P满足收敛条件为止。
[0012] 更进一步地，上述步骤一具体为采用CFD耦合六自由度运动方程计算该单颗粒的 速度时间历程和阻力时间历程。
[0013] 更进一步地，上述方法还包括采用DOE方法在设计空间内将单颗粒曳力模型系数 均匀分布。
[0014] 更进一步地，上述优化寻优的方式为采用SQP方法进行优化寻优。
[0015] 通过采用以上的技术方案，本发明具有以下的有益效果：使得在不需要开展复杂 试验的基础上即可对单颗粒曳力模型系数进行准确标定，同时能够对试验状态难度较大或 者目前技术开展不了的单颗粒曳力模型系数进行准确标定，为气固两相流动计算研宄提供 准确基础参数。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明的单颗粒曳力模型系数标定方法的流程图。
[0017] 图2为圆球模型空间网格划分示意图。
[0018] 图3为采用CFD耦合六自由度飞行力学方程计算出的单球运动速度和阻力时间历 程。
[0019] 图4为采用DOE方法分布的曳力模型前3个系数的分布关系图。
[0020] 图5为采用其中一组初始参数计算出的单球运动速度和阻力时间历程。
[0021]
【具体实施方式】
[0022] 下面结合说明书附图，详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0023] 图1为本发明的单颗粒曳力模型系数标定方法的流程图。
[0024] 本发明公开了一种单颗粒曳力模型系数标定方法，其具体包括以下的步骤：
[0025] 步骤一、采用数值计算方法得到准确的单颗粒运动时间历程变量Ptmget，P tmget = wi*Vt_t+w2*CDta, grt;其中ω JP ω 2分别为权系数，Vtmget为该单颗粒的速度时间历程， CDtogrt为该单颗粒的阻力时间历程。其中ω JP ω 2的值可以根据经验自助调节，比如均为 0. 5〇
[0026] 步骤二、选定系数标定的基础模型，从该基础模型中获取多组设计变量分布a」， 使用不同的样本点计算该单颗粒在不同样本点的速度时间历程\和阻力时间历程CDi,采 用关联函数关联得到Pi, Pi= ω 其中i为选取的样本点的个数，j为影响该 单颗粒的历程的设计变量的个数。比如以Kurten曳力模型作为系数标定的基础模型，则
【主权项】
1. 一种单颗粒曳力模型系数标定方法，其具体包括以下的步骤： 步骤一、采用数值计算方法得到准确的单颗粒运动时间历程变量/， 产其中％和分别为权系数为该单颗粒的速度时间 历程，^为该单颗粒的阻力时间历程； 步骤二、选定系数标定的基础模型，从该基础模型中获取多组设计变量分布&使用不 同的样本点计算该单颗粒在不同样本点的速度时间历程^和阻力时间历程CZl采用关联 函数关联得到产巧;其中i为选取的样本点的个数，j为影响该单颗粒的历 程的设计变量的个数； 步骤三、以a/乍为设计变量，以』作为标定的优化目标，建立响应面模型， 并通过优化寻优寻找最小值，获取响应面最佳参数组合； 步骤四、以响应面最佳参数组合作为输入开展气固两相流动计算，如果计算轨迹结果 与标定的优化目标间满足收敛条件，则认为响应面最佳参数组合为最终标定系数 组，如不满足收敛条件则将计算出的新结果与原有计算结果合并重新生成新的响应面模 型，重新进行优化寻优，直至计算轨迹结果与标定目标」户满足收敛条件为止。
2. 如权利要求1所述的单颗粒曳力模型系数标定方法，其特征在于所述步骤一具体为 采用CFD耦合六自由度运动方程计算该单颗粒的速度时间历程和阻力时间历程。
3. 如权利要求2所述的单颗粒曳力模型系数标定方法，其特征在于所述方法还包括采 用汉^方法在设计空间内将单颗粒曳力模型系数均匀分布。
4. 如权利要求3所述的单颗粒曳力模型系数标定方法，其特征在于所述优化寻优的方 式为采用5以方法进行优化寻优。
【专利摘要】本发明公开了一种单颗粒曳力模型系数标定方法，其具体包括以下的步骤：步骤一、采用数值计算方法得到准确的单颗粒运动时间历程变量Ptarget；步骤二、选定系数标定的基础模型，从该基础模型中获取多组设计变量分布aj，使用不同的样本点计算该单颗粒在不同样本点的速度时间历程Vi和阻力时间历程CDi；步骤三、建立响应面模型，并通过优化寻优寻找最小值，获取响应面最佳参数组合；步骤四、以响应面最佳参数组合作为输入开展气固两相流动计算，如果计算轨迹结果与标定的优化目标ΔP之间满足收敛条件，则认为响应面最佳参数组合为最终标定系数组，如不满足收敛条件则将计算出的新结果与原有计算结果合并重新生成新的响应面模型。从而对单颗粒曳力模型进行系数标定。
【IPC分类】G06F19-00
【公开号】CN104657595
【申请号】CN201510033789
【发明人】陶洋, 林俊, 陆波, 郭秋亭, 王晓冰, 王元靖, 左金, 蒋为民, 林学东, 杨可, 刘刚, 余立, 杨海泳
【申请人】中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年1月23日