1.一种基于多球填充的大尺度颗粒流动数值计算方法,其特征在于,包括:S1:获取流体域网格尺寸、流体密度以及大颗粒半径;
S2:根据所述流体域网格尺寸计算得到填充小球的半径;
S3:根据所述大颗粒半径以及填充小球半径,基于黄金角螺旋法和最小距离覆盖判定法,确定填充小球的数量和位置矢量,并生成大颗粒;
S4:获取当前时间步所述大颗粒的速度、填充小球的背景流场速度;
S5:根据所述填充小球的背景流场速度以及数量,确定大颗粒的背景流场速度;
S6:根据所述流体密度、大颗粒半径、大颗粒的速度以及填充小球的背景流场速度,计算修正大颗粒迎流面积,并计算确定大颗粒的曳力;
S7:将所述大颗粒的曳力通过迭代计算,获取下一时间步大颗粒的速度,以及填充小球的速度、位置矢量;
S8:将所述曳力以源项的形式添加到动量方程中进行迭代计算流体的运动,得到下一时间步的流体计算域网格速度;
S9:判断当前时间步是否为最后一个时间步,若否,则返回S4继续执行;若是,则终止操作流程,得到最终的颗粒信息和流体计算域网格速度。
2.根据权利要求1所述的一种基于多球填充的大尺度颗粒流动数值计算方法,其特征在于,根据所述大颗粒半径以及填充小球半径,基于黄金角螺旋法和最小距离覆盖判定法,确定填充小球的数量和位置矢量,包括:根据所述大颗粒半径以及填充小球半径,确定填充小球数量的初始值;
根据所述填充小球数量的初始值,通过黄金角螺旋法则确定填充小球的位置矢量;
经过所述填充小球位置矢量,构建球面上的三角网格,通过最小距离覆盖判定法来确定填充小球的数量。
3.根据权利要求2所述的一种基于多球填充的大尺度颗粒流动数值计算方法,其特征在于,通过最小距离覆盖判定法来确定填充小球的数量,包括:(1)通过下式计算各三角形中心点;
;
其中ci为第i个三角形中心点位置矢量,pi,1、pi,2、pi,3为第i个三角形的三个顶点所在的填充小球的位置矢量;
(2)计算各三角形中心点与其填充小球位置距离的最小距离:;
其中,m为三角形总数量,pi,j为第i个三角形的第j个顶点所在的填充小球的位置矢量;
(3)若最小距离超出半径r,即 >r,则增加填充小球数量并重新排布位置,直至最小距离小等于半径r时,得到最终的填充小球数量。
4.根据权利要求1所述的一种基于多球填充的大尺度颗粒流动数值计算方法,其特征在于,所述大颗粒的背景流场速度通过以下公式确定:;
其中,N为填充小球的数量,Uf为填充小球的背景流场速度,Uf’为大颗粒的背景流场速度。
5.根据权利要求1所述的一种基于多球填充的大尺度颗粒流动数值计算方法,其特征在于,所述大颗粒的曳力的计算公式如下:;
;
其中,Fd为大颗粒的曳力,Cd为曳力系数,ρf为流体密度,Uf’为大颗粒的背景流场速度,Up为大颗粒的速度,Aref为大颗粒迎流面积,N为填充小球的数量,R为大颗粒半径,为赤道处填充小球数, 为相邻填充小球球心间距,r为填充小球半径。