(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 202210818458.2 (22)申请日 2022.07.12 (71)申请人 海洋石油工程股份有限公司 地址 300000 天津市滨 海新区自贸试验区 （空港经济区） 西二道82号丽港大厦裙 房二层202-F10 5室 (72)发明人 李巍　王大勇　孟凡昌　赵瑞云　 范学君　刘松　马骏　王延林　 张家珍　吕春晓　于真真　 (74)专利代理 机构 北京东方灵盾知识产权代理 有限公司 1 1506 专利代理师 郑利华 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 30/23(2020.01)G06F 113/08(2020.01) G06F 119/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种气泡幕体积分数计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种气泡幕体积分数计算方 法， 包括以下步骤： 针对气泡发生管模型的特点 做出简化假设； 针对计算模型的特点， 进行多相 流计算理论 分析， 包括连续性方程和动量守恒方 程； 利用切割体网格对整个计算域进行网格划 分， 对1： 1计算模型， 给出具体的网格尺寸； 对湍 流模型进行选取， 分析不同湍流模型的特点， 选 取合适的模型进行计算； 求解器设置， 针对1： 1计 算模型， 确保计算模型的收敛性。 本发明通过对 计算区域的设置和气泡发生管进行建模分析， 给 出稳定的气泡帷幕下的气液体积分数， 气泡幕体 积分数计算方法是对气泡幕降噪效果分析的前 提， 对保护海洋哺乳动物， 有重要的环境安全意 义和经济意 义。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115186609 A 2022.10.14 CN 115186609 A 1.一种气泡幕体积分数计算方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 针对气泡发生管模型的特点做出简化 假设； S2、 针对计算模型的特点， 进行多相流计算理论分析， 包括连续性方程和动量守恒方 程； S3、 利用切割体网格对整个计算域进行网格划分， 对1： 1计算模型， 给出具体的网格尺 寸； S4、 对湍流模型进行选取， 分析不同湍流模型的特点， 选取合 适的模型进行计算； S5、 求解器设置， 针对1： 1计算模型， 确保计算模型的收敛性。 2.根据权利要求1所述的一种气泡幕体积分数计算方法， 其特 征在于： 在步骤S1中， 所述简化假设包括： 忽略两排孔产生气体的相互作用； 将气体与液体相互 作用视为 三维非稳态过程， 气孔附近属于 完全湍流状态。 3.根据权利要求1所述的一种气泡幕体积分数计算方法， 其特 征在于： 在步骤S2中， 针对计算模型的特点， 考虑两相流体间的耦合作用， 采用欧拉多相分离流 模型， 所述欧拉多相分离流模型在所有相共用一个压力场时对每个相的质量、 动量和能量 传输方程进行求 解； 体积分数： 每个相在流体域中所占比例由其体积分数给出， 假设有n相流体， 第i相的体 积为： 其中， αi为相i的体积分数， 每 个欧拉相的体积分数必须满足以下要求： 连续性方程： 即单位 时间内控制体质量的变化量等于同样时间段内控制体密度改变引 起的质量变化， 相i的连续方程表达式如下： 其中， ρi为密度； vi为速度； mij为从相j到相i的质量传递速率， 且mij≥0； mji为从相i到相 j的质量传递速率， 且mji≥0； 为自定义相质量源项； 动量守恒方程： 单位 时间内流体微团动量的变化量等于作用在流体微团上的力， 相i的 动量平衡表达式如下： 其中， p为压力， 假 设在所有相中都相同； g为重力加速度； Ti和 分别为分子应力和湍流 应力； Mi为单位体积的相间动量传递； (Fint)i表示内力； 为相动量源项； 相间动量传权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115186609 A 2递应满足以下公式： ∑iMi＝0 能量方程： 流体的内能与净 热流量以及功率之间满足守恒关系： 其中， Ei为总能量； Hi为总焓； Ti(粗体)为粘性应力张量； Ti为温度； keff， i为有效热导率； fi为体积力矢量； Qij为从相j到相i的相间传热率； 为从相对交界面ij到相i的传热率； Su， i为能量源； hi(Tij)为在交界面温度Tij下计算得 出的相i的焓； 有效热导 率keff满足下式： 其中， ki为导热率； ut， i为湍流粘度； Cp， i为比热； σt， i为湍流热扩散普朗特 数。 4.根据权利要求1所述的一种气泡幕体积分数计算方法， 其特 征在于： 在步骤S4中， 计算使用的是Standardk ‑ε湍流模型， 所述模型引入了湍动能k和耗散率 ε， 其运输方程 为： 其中湍流粘度的ut计算公式如下式： ut＝ρ CμfμkT。 5.根据权利要求1所述的一种气泡幕体积分数计算方法， 其特 征在于： 在步骤S5中， 计算域模型缩尺比为1∶1， 管壁边界条件设置为壁面， 远离管的一侧设为 速度入口， 速度为0， 用于模拟无限水域； 计算域长度方向根据管道长度进 行修改， 管道喷孔 设置为速度入口； 计算域沿管长方向设为对称边界， 上边界设为压力出口， 初始相为水相； 物理模型选用三维隐式不定常湍流模型， 考虑重力作用并启动单元质量校正； 为了模拟气 泡从气泡发生管产生以及在水中的演变过程， 采用欧拉多相分离流模型， 设置水和空气两 相， 并给出相间相互作用长度尺度； 气体从气孔向水中喷射， 初始为连续相， 在浮力作用下 上升， 上升过程中气 体逐渐离散为小的气泡， 因此计算中采用连续离散相模型， 设置水为连 续相， 空气为离散相， 为了提高计算收敛性， 将多相分离流相耦合速度的隐式亚松弛因子设 置为0.3； 压力亚松弛因子设为0.3； 体积分数隐式亚松弛因子设为0.2； 湍流模型亚松弛因 子设为0.5 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115186609 A 3