本发明属于多组分多相流数值求解领域，具体涉及一种耦合相变组分输运的多相流数值求解方法。
背景技术：
1、多相流是流体力学中的一个重要分支，它研究的是同时存在两种或多种不同物理状态的物质（如液体、气体、固体）在流动过程中的相互作用和变化规律。在众多工业生产中有着广泛的应用，如石油化工、航天工程、电力能源、建筑节能、电子工业等领域。具体地比如液氢加氢站、液化天然气站等工程中的泄漏安全问题、换热器中的相变蒸发过程、微/纳电子器件的热管理、纳米流体液滴蒸发特性等。
2、多相流其核心本质在于描述和理解不同相之间的相互作用，以及这些相互作用如何影响整体的流动行为和传输特性。这包括相间界面的动态变化、相间质量、动量和能量的传递、以及多相流动中的不稳定性和相分离现象等。所以多相流求解计算是多组分、多状态下的流体流动与传热传质相互耦合的复杂物理过程，常规的数值计算方法耦合度较低，难以保障收敛及结果的准确性，无法准确描述复杂的多相流动，且不能根据复杂的场景添加适合实际工况的源项及关键物理参数。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的缺点，针对工业生产领域和科学研究领域中普遍存在的多相流体相变传热传质情况，本发明提出一种耦合相变组分输运的多相流数值求解方法，鉴于多相流问题中传热、传质与流动过程的紧密耦合特性，将相间传输速率、多组分扩散、热扩散及曳力的计算前置于组分方程与动量方程的求解步骤，且这些计算均嵌入在预估-校正迭代循环之内，以确保计算的连贯性与准确性。进一步地，在求解速度、压力及温度相关的代数方程组之前，更新扩散系数，以反映流体状态的最新变化。尤为关键的是，相变与组分输运的耦合机制通过以下方式实现：在基于压力-速度修正的预估-校正迭代框架内，利用最新的密度、温度及各组分质量分数信息，依据相变组分输运模型的特定算法，精确计算各组分间的传质强度系数、相的体积分数、相的状态、相间传质速率以及求解过程中的多组分扩散效应、热扩散行为及曳力影响。随后，利用这些计算结果解析相变和组分耦合过程，以更新组分体积分数与温度分布，从而构建出一个双向耦合、高度协同的求解算法。
2、本发明解决了多相流多组分下的温度-密度-传质速率-压力-速度难耦合的问题，避免了这种强耦合性计算下的不稳定性或发散现象，能够将参数可视化，可以自由修改添加源项及扩展模型，完善了相变后流体的紊流和相界面的脉动相互作用。本发明可将实时观测数据与模拟结果进行同化，动态调整模型参数，使其更贴近实际情况，减少模拟结果与实际情况之间的偏差，拓展了相变输运模型的精确性以及应用场景。本发明具有高度灵活性、可扩展性、易收敛性以及改善相间传质传热机制灵活等特点，实现更精确的模拟。
3、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
4、一种耦合相变组分输运的多相流数值求解方法，包括如下步骤：
5、步骤一、建立非定常、粘性、不可压的多维度纳维－斯托克斯控制方程组；
6、步骤二、建立相变模型，使用相变模型确定相的体积分数、相的状态、传质强度系数、蒸发系数、冷凝系数、相间传质速率、饱和温度；
7、步骤三、步骤一的多维度纳维－斯托克斯控制方程组和步骤二的相变模型构成多维度耦合相变组分输运多相流数学模型，结合初始条件、边界条件和网格划分的情况，对多维度耦合相变组分输运多相流数学模型进行数值离散，得到关于密度、速度、组分、温度、相体积分数、扩散系数、密度、施密特数和相间传质速率的代数方程组，并对代数方程组进行线性化；
8、步骤四、进行压力-速度双向修正求解，蒸发系数、冷凝系数、传质强度系数、饱和温度、潜热、净传质速率的计算位于多维度耦合相变组分输运多相流数学模型构成之前，且利用预估-校正迭代算法进行多次循环以保证收敛；在多维度耦合相变组分输运多相流数学模型求解之前更新表面张力系数、密度、动力粘度、速度、压力、界面传热源项、传质强度系数、相体积分数、净传质速率。
9、本发明与现有技术相比的有益效果在于：
10、1. 本发明将相变模型耦合组分输运模型到纳维-斯托克斯方程组中，建立了一种耦合相变组分输运的多相流数学模型；
11、2. 本发明采用分步求解策略，先求解相变过程，再将传质速率作为源项添加到组分输运中进行求解，以此降低耦合求解的难度，从而保障了计算的准确性；
12、3. 本发明通过校准蒸发系数、冷凝系数、传质强度系数、扩散系数（多组分扩散系数和热扩散系数）、表面张力系数及滑移速度的相变输运模型参数，可对多组分、多相、高温、低温等非均质或均质进行计算；
13、4. 本发明完善了相变后流体的紊流和相界面的脉动相互作用，拓展了相变输运模型的精确性以及应用场景；
14、5. 本发明实现了相变模型和组分输运的耦合，解决了多相流多组分下的温度-密度-传质速率-压力-速度难耦合的问题，避免了这种强耦合性计算下的不稳定性或发散现象。
15、综上所述，本发明可以用来模拟复杂的多相流动过程，预测流动行为和传输特性，为工业生产和科学研究提供更加高效、准确的模拟工具。
1.一种耦合相变组分输运的多相流数值求解方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种耦合相变组分输运的多相流数值求解方法，其特征在于，所述步骤二中，所述相变模型根据传质强度系数、蒸发系数、冷凝系数、饱和温度、流体温度求解计算多相间组分状态、相间传质速率和相体积分数。
3.根据权利要求1所述的一种耦合相变组分输运的多相流数值求解方法，其特征在于，所述步骤三中，多维度耦合相变组分输运多相流数学模型为：
4.根据权利要求1所述的一种耦合相变组分输运的多相流数值求解方法，其特征在于，所述步骤四包括：
5.根据权利要求4所述的一种耦合相变组分输运的多相流数值求解方法，其特征在于，所述步骤5中的求解通过混合物的动量方程、连续性方程和能量方程以及饱和温度、潜热、相间传质速率、传质强度系数、蒸发系数、冷凝系数实现。
6.根据权利要求4所述的一种耦合相变组分输运的多相流数值求解方法，其特征在于，所述步骤6中，所述多维度耦合相变组分输运多相流数学模型的耦合机制通过以下方式实现：利用最新的密度、温度及各组分质量分数，依据相变组分输运模型的算法以及求解过程中的多组分扩散效应、热扩散行为及曳力影响，更新组分体积分数与温度分布，在基于压力-速度修正的预估-校正迭代框架内，构建双向耦合、高度协同的求解算法。
