(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 202211022776.4 (22)申请日 2022.08.25 (71)申请人 武汉大学 地址 430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山 街道八一路2 99号 (72)发明人 季斌　赵晓涛　程怀玉　王紫阳　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 龚雅静 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种空化流动中可压缩相变过程的数值模 拟方法 (57)摘要 本发明提供一种空化流动中可压缩相变过 程的数值模拟方法， 其实现过程包括计算可压缩 流动中的液相密度和液相声速； 根据液相密度、 液相声速和考虑液相可压缩性的Rayleigh ‑ Plesset方程求解汽 泡生长或收缩过程的泡壁速 度； 根据汽泡生长或收缩 过程的泡壁速度以及泡 内汽相密度的物质导数计算相间传质速率， 得到 考虑流体可压缩效应的相变模型； 将考虑流体可 压缩效应的相变模型植入OpenFOA M求解器， 完成 空化流动中可压缩相变过程的计算。 本发明将空 化流动中流体的可压缩效应对相变过程的影响 考虑在内， 更满足实际空化流动中的相变物理， 提高了相变计算精度， 可以获得更符合物理实际 的空化流场。 权利要求书3页 说明书7页 附图3页 CN 115438595 A 2022.12.06 CN 115438595 A 1.一种空化 流动中可压缩相变过程的数值模拟方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1、 计算可压缩流动中的液相密度ρl和液相声速 C； 步骤2、 根据液相密度ρl， 液相声速C和考虑液相可压缩性的Rayleigh ‑Plesset方程求解 汽泡生长或收缩过程的泡 壁速度 步骤3、 根据汽泡生长或收缩过程的泡壁速度 以及泡内汽相密度的物质导数计 算相 间传质速率， 得到考虑流体可压缩效应的相变模型； 步骤4、 将考虑流体可压缩效应的相变模型植入OpenFOAM求解器， 完成空化流动中可压 缩相变过程的计算。 2.根据权利要求1所述的空化流动中可压缩相变过程的数值模拟方法， 其特征在于： 在 步骤1中， 可压缩流动中液相密度ρl采用Tait状态方程计算， 式中， p为环境压力， p0和ρ0分别表示正常工况下的环境压力和液相密度， B和n均为常 数， 其中， B＝3.049 ×108Pa， n＝7.15； 同时， 因为 考虑到液相的可压缩性， 液相声速 C的计算公式如下： 3.根据权利要求2所述的空化流动中可压缩相变过程的数值模拟方法， 其特征在于： 在 步骤2中， 考虑液相可压缩性的Rayleigh ‑Plesset方程如下 所示， 式中， RB为汽泡半径， P是汽泡边界处的压力， σ 是表面张力系数， μ是液相的动力粘度， 其 中， pv(RB)等于饱和蒸汽压psat， 忽略二阶项、 表面张力、 液体黏性、 不可凝结气体的影响， 得到汽泡半径变化与压力之 间的关系： 求解上述公式， 能够得到汽泡 生长或收缩过程中的泡 壁速度 如下：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115438595 A 2A＝b2‑3ac,B＝bc ‑9ad                       (8) 4.根据权利要求3所述的空化流动中可压缩相变过程的数值模拟方法， 其特征在于： 在 步骤3中， 单个汽泡的体积VB用如下公式表示： 单个汽泡mB的质量为： mB＝ρvVB                           (13) 式中， ρv表示泡内的汽相密度， 通过理想状态方程ρv＝p/RT求解得到， 其中， R为气体常 数； T为温度， 由能量方程 求解得到； 单位体积空化区域内所有汽泡的质量m为： m＝NBmB                           (14) 式中， NB为单位体积内的汽泡数； 单位体积空化区域内的质量变化 率 为： 同时， 将蒸汽体积分数αv表示为如下形式： 则有， 单位体积空化引起的总相间传质速率 为： 式中， F是经验校准系数， 和 分别表示相变过程中汽化和凝结的相间传质速率； 在汽化过程中用 αnuc×(1‑αv)来代替αv， 其中αnuc是成核点的体积分数； 得到考虑流体可压缩效应的相变模型， 在该模型中：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115438595 A 3