(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211000058.7 (22)申请日 2022.08.19 (71)申请人 浙江理工大 学 地址 310018 浙江省杭州市江干区下沙高 教园区2号大街9 28号浙江理工大 学 (72)发明人 李林敏　徐伟森　王正东　李晓俊　 朱祖超　 (74)专利代理 机构 浙江永航联科专利代理有限 公司 33304 专利代理师 王超军 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于多尺度空化模型的空蚀预测方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于多尺度空化模型的 空蚀预测方法， 包括以下步骤； 对预先设定的计 算域进行网格划分， 并确定边界条件、 气液两相 的物性参数以及由于空化引起的液体和气体相 间质量传递速率； 采用界面捕捉方法捕捉由于相 变引起的气液两相之间的界面， 同时搜索界面位 置， 对界面进行重构或采用界面压缩 方法等对界 面精度进行优化； 搜索界面破碎的位置， 识别破 碎出的小尺度气泡， 将其转化为弥散气泡， 采用 随体法进行跟踪求解。 并将其与连续相耦合， 实 现对空化流的多尺度仿真。 有益效果： 本发明实 施以基于有限体积法的界面捕捉法为基础， 采用 动网格自适应方法使界面精度达到设定要求， 从 而使预测模型表面的空蚀率计算更直观准确。 权利要求书3页 说明书7页 附图2页 CN 115293004 A 2022.11.04 CN 115293004 A 1.一种基于多尺度空化模型的空蚀预测方法， 其特 征在于， 包括以下步骤； S1、 对预先设定的计算域进行网格划分， 并确定边界条件、 气液两相的物性参数以及由 于空化引起的液体和气体相间质量传递速率； S2、 采用界面捕捉方法捕捉由于相变引起的气液两相之间的界面， 同时搜索界面位置， 对界面进行重构或采用界面压缩方法等对界面精度进行优化； S3、 搜索界面破碎的位置， 识别破碎出的小尺度气泡， 将其转化为弥散气泡， 采用随体 法进行跟踪求 解。 并将其与连续相耦合， 实现对空化 流的多尺度仿真； S4、 建立基于多尺度空化模型的空蚀预测方法。 2.根据权利要求1所述的一种基于多尺度空化模型的空蚀预测方法， 其特征在于， 所述 S2中的所述界面为较大尺度 空泡的连续边界， 基于空间网格捕捉并重构空泡边界， 其界面 精度根据 空间网格尺度确定， 可适当采用动网格自适应方法等高精度界面捕捉方法， 所述 S3中的小尺度气泡 为大尺度空泡破碎形成的计算网格无法识别的小气泡。 3.根据权利要求2所述的一种基于多尺度空化模型的空蚀预测方法， 其特征在于， 实施 所述S1之后， 建立的多尺度空化模型中集合有弥散气泡所占体积分数的连续空泡界面捕捉 算法、 网格动态分裂方法、 弥散气泡随体算法、 弥散气泡生长溃 灭与合并破碎模 型以及界面 与弥散气泡的转 化算法。 4.根据权利要求3所述的一种基于多尺度空化模型的空蚀预测方法， 其特 征在于， 所述集合有弥散气泡所占体积分数的连续空泡界面捕捉 算法， 具体步骤 包括： (a1)采用公式一获取空化 流中气相体积分数α 的分布： 公式一： 其中， R代表空化引起的气液两相间质量传递速率， Rb 为弥散气泡与连续空泡融合 导致的源项， u代 表速度； 所述公式一的左边还可包括界面压缩项来防止界面发散： 其中， uα为界 面压缩速度： 方向始终垂直于界面； Cα为压缩系 数； 界面压缩项只在 界面处， 即时0＜α ＜1才起作用。 (a2)根据公式二获取弥散气泡的体积分数 ε： 公式二： 其中， εmin为设定的最小体积分数值， 防止出现ε小于1的情形； Vb,Vcell分别代表气泡体 积和气泡所处单 元格体积； (a3)考虑弥散气泡体积分数在内的气液两相流体的连续性方程和动量方程根据公式 三和公式四求 解： 公式三： 公式四： 其中： uc表示连续相速度， P表示压强， S表示粘性应力张量， g表示重力加速度， Fb,Fs分权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115293004 A 2别表示弥散气泡对连续相的作用力和表面张力。 (a4)根据公式五， 获取表面张力Fs： 公式五： 其中， γ为表面张力系数， 根据气体和液体的物性参数确定， κ为界面的曲率， 可以表示 为： (a5)根据公式六获取弥散气泡对连续相的作用力： Fb 公式六： 其中， β 为曳力系数， Fother表示除曳力外的其 他相间作用力。 5.根据权利要求4所述的一种基于多尺度空化模型的空蚀预测方法， 其特征在于， 所述 网格动态分裂方法， 具体步骤包括： 判断单元格气 体体积分数是否处于0和1之间， 若 是则为 界面位置， 将网格由两个中间截面(三维)或中间线(二维)剖分， 若达到所需精度则停止网 格分裂， 若未达 到， 则对子网格继续剖分。 6.根据权利要求5所述的一种基于多尺度空化模型的空蚀预测方法， 其特征在于， 所述 弥散气泡随体算法， 具体步骤 包括： 根据公式七获得弥散气泡的速度： 。 公式七： 式中： mb， ub分别代表弥散气泡的质量和速度； FC代表气泡 之间的作用力， F ′b代表连续相 对气泡的反作用力， Fb与大小相同， 方向相反。 7.根据权利要求6所述的一种基于多尺度空化模型的空蚀预测方法， 其特征在于， 所述 气泡弥散连续过渡算法， 过渡算法主要可分为三部分， 该模型通过界面捕捉方法解析了九 个大空穴， 并通过拉格朗日公式模拟了亚网格尺度的气泡， 首先从正在生长以填充单元 的 弥散气泡到连续气相的转变。 其次是弥散气泡和连续气相之间的溶合， 最后是连续气相变 得不可解析， 并转化为弥散气泡， 由于随机堆积的弥散相体积分数的极限约为0.6， 选择＝ 0.6作为后两种转换的标准和阈值， 一旦弥散气泡转变为连续气相， 它将被删除， 其质量将 添加到解析的空腔中。 8.根据权利要求7所述的一种基于多尺度空化模型的空蚀预测方法， 其特征在于， 通过 准确模拟较大尺度 空穴界面和小尺度 弥散气泡， 实现对多尺度不同空化形态的完整描述。 从而能较有效预测空蚀的区域和各个区域的空蚀概 率， 具体步骤如下： 空蚀是由靠 近材料表面的空泡在溃灭时释放的本身所蕴含的势能造成的； (a6)根据公式八获取空泡结构溃灭时的压力波： 公式八： 其中P表示驱动空泡 溃灭的参 考压力场， Pv表示饱和压力， Vb表示空泡体积。 (a7)根据公式九计算空泡 溃灭潜在压力密度： 公式九： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115293004 A 3