【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于農業灌溉，具體涉及一種基于精確過濾介質的過濾器cfd-dem耦合計算方法及系統。
技術介紹
1、農業過濾器是農業灌溉系統中的重要組件，是保證灌溉系統運行的基本措施?，F代農業往往采用滴灌作為灌溉方式，滴灌系統末端的滴頭直徑小，流量低，易于堵塞，含沙水源進入滴灌系統中，粗大沙粒直接堵塞滴頭會導致滴頭失效；細小泥沙在滴灌系統中聚集也會影響滴頭的水力性能，削減滴頭的壽命；同時灌溉系統中的泥沙也是微生物附著的有利條件，可能會造成進一步的復合堵塞。灌溉系統中的泥沙是堵塞現象的根本所在，為了保證滴灌系統穩定工作，必須在灌溉系統的首部使用過濾器對水源進行過濾。特別是對于水源含沙量大的地區而言，過濾器往往對滴灌系統的應用起到決定性作用。
2、農業過濾器的結構相對復雜，開模制作與測試耗費大量時間和成本，設計人員往往受此限制難以得到過濾器的最優結構。因此，亟需一種過濾器過濾過程的數值仿真方法幫助設計人員獲得過濾器，特別是濾網部分的顆粒分布情況。然而，現有的過濾器仿真數值方法往往將編制網簡化為沖孔網，其仿真精度嚴重不足；同時，大量網孔造成模型網格規模指數式增長，產生的計算成本同樣是難以接受的，設計人員往往采用縮放的濾網模型進行研究，進一步降低了仿真精度；最后，現有的數值方法只能得到顆粒的大致空間分布，對于顆粒與濾網的相互作用則完全不能計算?，F有的過濾器數值方法不能滿足設計人員的需求，未能對過濾器的設計產生積極的指導作用。
3、因此，必須采用一種更精確，更方便，更直觀的仿真計算方法，對濾網的過濾過程進行更好的仿真模擬
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種基于精確過濾介質的過濾器cfd-dem耦合計算方法及系統，用于解決過濾器過濾過程仿真計算精度較低，難以應用的技術問題。
2、本專利技術采用以下技術方案：
3、一種基于精確過濾介質的過濾器cfd-dem耦合計算方法，包括以下步驟：
4、s1、對過濾器過濾介質進行抽象分析，確定適用的計算模型；
5、s2、對不包含過濾介質的過濾器進行建模得到其流場，其中使用壁面法需要額外在流場中設置多孔介質區域；
6、s3、對過濾器流場進行數值仿真得到其流動狀態，并導入dem計算程序；
7、s4、對過濾器過濾介質進行建模，并將此模型插入dem計算程序中的流場；
8、s5、對得到的cfd-dem模型進行耦合計算，得到過濾器過濾性能仿真結果。
9、優選地，步驟s1中，將編制濾網和厚度均勻簡化為單層板殼的疊片，使用顆粒法進行仿真，使用壁面法對沖孔濾網和疊片進行仿真。
10、優選地，步驟s2中，顆粒法對流場進行建模，壁面法分別建立流場和過濾介質模型。
11、優選地，步驟s3中，建立流場模型時，在過濾介質區域插入多孔介質模型，其覆蓋區域與水力性能參數與未進行過濾過程的過濾介質相同。
12、優選地，步驟s4中，顆粒法通過自定義顆粒與自定義入口向流體區域中插入過濾介質的完整模型。
13、優選地，步驟s4中，壁面法通過插入壁面的方式向流體區域中插入過濾介質的完整模型。
14、優選地，步驟s5中，對于單向耦合，計算過濾初期顆粒被流體驅動，在過濾介質上的分布情況與數量；對于雙向耦合，計算過濾過程中的壓升和濾餅形成的模式。
15、第二方面，本專利技術實施例提供了一種基于精確過濾介質的過濾器cfd-dem耦合計算系統，包括：
16、分析模塊，對過濾器過濾介質進行抽象分析，確定適用的計算模型；
17、構建模塊，對不包含過濾介質的過濾器進行建模得到其流場，其中使用壁面法需要額外在流場中設置多孔介質區域；
18、仿真模塊，對過濾器流場進行數值仿真得到其流動狀態，并導入dem計算程序；
19、計算模塊，對過濾器過濾介質進行建模，并將此模型插入dem計算程序中的流場；
20、輸出模塊，對得到的cfd-dem模型進行耦合計算，得到過濾器過濾性能仿真結果。
21、第三方面，一種計算機設備，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序時實現上述基于精確過濾介質的過濾器cfd-dem耦合計算方法的步驟。
22、第四方面，本專利技術實施例提供了一種計算機可讀存儲介質，包括計算機程序，所述計算機程序被處理器執行時實現上述基于精確過濾介質的過濾器cfd-dem耦合計算方法的步驟。
23、第五方面，一種芯片，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序時實現上述基于精確過濾介質的過濾器cfd-dem耦合計算方法的步驟。
24、第六方面，本專利技術實施例提供了一種電子設備，包括計算機程序，所述計算機程序被電子設備執行時實現上述基于精確過濾介質的過濾器cfd-dem耦合計算方法的步驟。
25、與現有技術相比，本專利技術至少具有以下有益效果：
26、對于編織濾網與均勻厚度的疊片過濾介質而言，本專利技術所使用的顆粒模型對真實的過濾介質進行了精確的近似，能夠體現編織和疊片的特征；由于過濾介質被視為顆粒，因此可以計算泥沙顆粒與過濾介質之間的相互作用情況，包括作用力、黏附、摩擦等。
27、對于沖孔濾網與一般情況的疊片過濾介質而言，本專利技術通過多孔介質模型對流場進行仿真，并使用壁面對過濾介質進行了精確的近似，同樣能夠體現其形狀與結構特征；與顆粒模型相比，其僅不能計算顆粒與介質之間的相互作用情況，但其仿真效果仍然較大地強于現有技術。
28、由于模型分步引入使得整體計算由指數級別下降為線性級別，同時cfd過程使用cpu求解，dem過程使用gpu求解，可以充分利用計算資源，相同案例的仿真計算時間成本由數星期下降至數天以內。
29、本專利技術避免了傳統計算方法中復雜的前后處理步驟，由于流場模型和濾網模型分開建立，降低了建模的時間成本和設備要求。本專利技術計算方法簡單易學容易操作，性能大幅度超過現有計算方法，是目前對過濾器，特別是農業過濾器而言最好的計算方法。
30、下面通過附圖和實施例，對本專利技術的技術方案做進一步的詳細描述。
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1.一種基于精確過濾介質的過濾器CFD-DEM耦合計算方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于精確過濾介質的過濾器CFD-DEM耦合計算方法，其特征在于，步驟S1中，將編制濾網和厚度均勻簡化為單層板殼的疊片，使用顆粒法進行仿真，使用壁面法對沖孔濾網和疊片進行仿真。
3.根據權利要求1所述的基于精確過濾介質的過濾器CFD-DEM耦合計算方法，其特征在于，步驟S2中，顆粒法對流場進行建模，壁面法分別建立流場和過濾介質模型。
4.根據權利要求1所述的基于精確過濾介質的過濾器CFD-DEM耦合計算方法，其特征在于，步驟S3中，建立流場模型時，在過濾介質區域插入多孔介質模型，其覆蓋區域與水力性能參數與未進行過濾過程的過濾介質相同。
5.根據權利要求1所述的基于精確過濾介質的過濾器CFD-DEM耦合計算方法，其特征在于，步驟S4中，顆粒法通過自定義顆粒與自定義入口向流體區域中插入過濾介質的完整模型。
6.根據權利要求1所述的基于精確過濾介質的過濾器CFD-DEM耦合計算方法，其特征在于，步驟S4中，壁面法通過插
7.根據權利要求1所述的基于精確過濾介質的過濾器CFD-DEM耦合計算方法，其特征在于，步驟S5中，對于單向耦合，計算過濾初期顆粒被流體驅動，在過濾介質上的分布情況與數量；對于雙向耦合，計算過濾過程中的壓升和濾餅形成的模式。
8.一種基于精確過濾介質的過濾器CFD-DEM耦合計算系統，其特征在于，包括：
9.一種存儲一個或多個程序的計算機可讀存儲介質，其特征在于，所述一個或多個程序包括指令，所述指令當由計算設備執行時，使得所述計算設備執行權利要求1至7任一所述的方法。
10.一種計算設備，其特征在于，包括：
...【技術特征摘要】
1.一種基于精確過濾介質的過濾器cfd-dem耦合計算方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于精確過濾介質的過濾器cfd-dem耦合計算方法，其特征在于，步驟s1中，將編制濾網和厚度均勻簡化為單層板殼的疊片，使用顆粒法進行仿真，使用壁面法對沖孔濾網和疊片進行仿真。
3.根據權利要求1所述的基于精確過濾介質的過濾器cfd-dem耦合計算方法，其特征在于，步驟s2中，顆粒法對流場進行建模，壁面法分別建立流場和過濾介質模型。
4.根據權利要求1所述的基于精確過濾介質的過濾器cfd-dem耦合計算方法，其特征在于，步驟s3中，建立流場模型時，在過濾介質區域插入多孔介質模型，其覆蓋區域與水力性能參數與未進行過濾過程的過濾介質相同。
5.根據權利要求1所述的基于精確過濾介質的過濾器cfd-dem耦合計算方法，其特征在于，步驟s4中，顆...
【專利技術屬性】
技術研發人員：魏正英，周鈺斌，申奧，祝雪飛，李亞鑫，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：
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