申请/专利权人：深圳十沣科技有限公司

申请日：2023-09-28

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN116992747B

主分类号：G06F30/25

分类号：G06F30/25;G06F30/28;G06F119/14;G06F113/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2023.11.21#实质审查的生效;2023.11.03#公开

摘要：本发明公开了一种基于SPH流固耦合的冲击式水轮机动力学分析方法，方法通过水轮机的网格模型确定SPH颗粒离散；确定水轮机的计算域，并根据实际水流入口确定SPH流体速度入口；确定流体与水轮机的若干耦合参数，耦合参数包括：时间积分、SPH核函数、密度积分以及流固耦合；根据SPH颗粒离散确定初始条件，根据SPH流体速度入口确定入口边界条件，根据各耦合参数确定求解参数；通过显式中心差分时间推进的方法进行流体与水轮机的耦合作用仿真求解。本发明中SPH颗粒可直接表征自由液面，无需重新划分网格，并且适合采用GPU并行加速技术，因此本发明可以更好地模拟水轮机与流体之间的耦合运动，并大大提升计算效率。

主权项：1.一种基于SPH流固耦合的冲击式水轮机动力学分析方法，其特征在于，所述方法包括：通过水轮机的网格模型确定所述水轮机的SPH颗粒离散；确定所述水轮机对应的计算域，并根据实际水流入口确定SPH流体速度入口；确定流体与所述水轮机的若干耦合参数，其中，所述耦合参数包括：时间积分、SPH核函数、密度积分以及流固耦合；所述时间积分中流体SPH颗粒的密度、速度、内能与流体SPH颗粒的位置分别采用不同的推进方式；所述SPH核函数采用预设样条函数；所述密度积分中包括密度耗散计算；所述流固耦合采用粒子间排斥力的计算方法；根据所述SPH颗粒离散确定初始条件，根据所述SPH流体速度入口确定入口边界条件，根据各所述耦合参数确定求解参数；通过显式中心差分时间推进的方法进行流体与所述水轮机的耦合作用仿真求解；所述时间积分的计算方式为：在第一个时间步长结束时，流体SPH颗粒的密度、速度和内能由初始状态向前推进半个时间步长，而流体SPH颗粒的位置向前推进一个时间步长： ； ； ；其中，ρ为粒子密度，t为时间，v为速度，x为位移，为第i个粒子的粒子密度，为第i个粒子在12时间步的粒子密度，为时间步长，为第i个粒子在初始时间步的粒子密度，为第i个粒子，为第i个粒子的速度，为第i个粒子在初始时间步的速度，为第i个粒子在12时间步的速度，为第i个粒子在第1时间步的位置，为第i个粒子在初始时间步的位置；在之后的每一个时间步的开始，流体SPH颗粒的密度、速度和内能向前再推进半个时间步长，获得整数时间步上的值： ； ；其中，为第i个粒子在第n个时间步的粒子密度，为第i个粒子在第n个时间步的速度；当一个时间步长结束时，流体SPH颗粒的密度、速度、内能和位置向前推进一个时间步长： ； ； ；所述密度积分的计算方法包括： ；其中，h为光滑长度，c0为人工声速，ri为粒子i的坐标，rj为粒子j的坐标，m为粒子质量，ρ为粒子密度，vij为粒子相对速度，δ为耗散系数，Ψij为粒子密度差，为密度耗散项，为第j个粒子的粒子质量，为第j个粒子的粒子密度，为第i、j个粒子之间的核函数梯度；所述粒子密度差的计算方法为： ；其中，为粒子i的修正密度梯度，为粒子j的修正密度梯度；所述方法还包括：在入口区域设置第一缓冲区，其中，所述第一缓冲区内的流体SPH颗粒根据预设的流速动态生成，所述第一缓冲区由域边缘和缓冲阈值组成；将所述第一缓冲区内的流体SPH颗粒镜像至流体区域内，得到若干镜像粒子；根据1阶精度插值方法，将所述镜像粒子的压力值外插至所述第一缓冲区，得到所述第一缓冲区内的流体SPH颗粒的压力；在出口区域设置第二缓冲区，当流体SPH颗粒流入第二缓冲区后，平行于流动方向的速度不变，而垂直于流动方向的流速变为0，压力维持不变。

全文数据：

权利要求：

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