CN109657261A - 预测液体容器中的静电电荷 - Google Patents
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Abstract
预测液体容器中的静电电荷。提供了一种预测液体容器中的静电电荷的方法。该方法包括根据液体容器的设计生成液体容器的计算机几何模型并且生成可执行代码以再现液体向液体容器中转移期间的流体动力学和静电电荷守恒。该方法包括执行仿真应用以至少：依据流体动力学和静电电荷守恒执行液体向液体容器中的转移的仿真，以生成液体转移期间液体容器中的静电电荷的预测；并且迭代仿真以更新静电电荷守恒。该方法包括输出液体容器中的静电电荷的预测，使得能够对液体容器的设计进行验证。
Description
技术领域
本公开总体上涉及计算静电预测工具，具体地讲，涉及预测液体容器中的静电电荷。
背景技术
在填充载具上的液体容器(例如，飞机上的燃料储罐)期间以及在载具后续移动期间，液体容器中的静电电荷的积聚、传输和弛豫可能导致液体容器内的不理想状况。特别是在液体向液体容器中转移期间，这些状况增加。例如，设置在液体容器中的过滤器与进入的液体相互作用，使得从液体剥离电荷并且导致液体的体极化。向液体容器中转移的这种带电液体能够与容器的周围环境相互作用，其中如果积聚足够的电势，则可能发生电弧。包括液体容器的功能丧失、液体容器的电气漏洞等的风险是可能由静电电荷积聚、传输和弛豫导致的不理想状况的合乎逻辑的副产物。
为了降低这些风险，分析团队使用实验工具来了解和预测这些风险。团队可使用该信息来优化液体容器的设计并证实满足对可靠性和风险承受能力的要求。
液体容器和任何关联组件的设计和验证可昂贵且费力。目前的验证过程没有向液体容器的设计者提供足够的反馈以了解液体容器将经受的物理状况和风险并且相应地充分改进设计和实现。目前过程的缺点包括缺少：真边界条件、静电电荷传输模型、孤立导体、导致关于液体容器的几何形状的各种概况和假设的流体动力学、入口电荷密度、液体的电导率和液体流速，因此，保真度低于理想的数值预测模型。
因此，理想的是，有一种考虑了上面所讨论的至少一些问题以及其它可能的问题的设备和方法。
发明内容
本公开的示例实现方式总体上涉及一种用于预测液体容器中的静电电荷的设备以及对应方法和计算机可读存储介质。示例实现方式提供计算模型，其开发用于探究液体向液体容器(例如，飞机上的燃料储罐)中转移期间的静电电荷的仿真。利用本公开有可能显著降低与燃料储罐测试关联的成本，并且与利用概况和假设的模型相反，基于包括真边界条件、静电电荷传输模型、孤立导体和流体动力学的更高保真度数值预测模型提供燃料容器的验证。这种更高保真度数值模型极大地改进验证细节的准确性和水平。另外，本公开提供用于整合子过程的框架并提供预测反馈。
示例实现方式主要在飞机上的燃料储罐的背景下描述，但是也可以想到飞机和其它载具上的其它液体容器。这些其它示例实现方式包括航天器中的液体低温系统、船舶和潜艇中的压载水舱等。更一般地，这些示例性实现方式包括用于液体储存的任何储罐或容器，包括：集成储罐、刚性和/或可移除储罐、囊式储罐、翼尖储罐、适形储罐、可弃和/或外观梁储罐、包括鞍式压舱物的压载舱、低温液体储罐、化粪池和/或冷却储罐或储存器。在一些方面，组件和/或适用部分可被包括或者说与液体储罐关联，包括下列项中的一个或更多个：燃料泵、燃料过滤器、燃料喷射器、密封帽、传感器、软管、阀、夹具、插塞、螺钉、螺栓、密封件、支柱、挂架、挡板和其它组件，以及其它载具液体储罐和容器的附加组件。液体储罐的设计的验证是跨越这许多不同的载具环境、系统和组件的重要问题，其将全部适合所提出的本公开的示例实现方式的框架。
本文所公开的示例实现方式向验证团队提供静电电荷的准确、量化、高保真度的预测。经由目前的实验测试无法获得这些高保真度预测。另外，此方法通过所有验证子过程的有效框架整合降低了关联的实验成本。
本公开因此包括(不限于)以下示例实现方式。
一些示例实现方式提供一种预测液体容器中的静电电荷的方法，该方法包括：根据液体容器的设计生成液体容器的计算机几何模型；生成可执行代码以再现液体向液体容器中转移期间的流体动力学和静电电荷守恒；通过被配置为访问计算机几何模型和可执行代码的计算机处理器执行仿真应用，以至少：依据流体动力学和静电电荷守恒执行液体向液体容器中的传送的仿真，并且基于该仿真，生成液体转移期间液体容器中的静电电荷的预测；以及迭代仿真以更新静电电荷守恒，从而修正液体转移期间液体容器中的静电电荷的预测；以及输出液体容器中的静电电荷的预测，使得能够基于该预测对液体容器的设计进行验证。
在任何前述或任何后述示例实现方式或其任何组合的方法的一些示例实现方式中，生成可执行代码的步骤包括从包括动量、边界条件、体积流速或体电荷密度的流体动力学模型的数据库接收所选流体动力学模型。
在任何前述或任何后述示例实现方式或其任何组合的方法的一些示例实现方式中，生成可执行代码的步骤包括从包括传导、对流、扩散或迁移的静电电荷传输模型的数据库接收代表静电电荷守恒的所选静电电荷传输模型。
在任何前述或任何后述示例实现方式或其任何组合的方法的一些示例实现方式中，执行仿真应用的步骤包括求解在液体向液体容器中转移期间的所选静电电荷传输模型。
在任何前述或任何后述示例实现方式或其任何组合的方法的一些示例实现方式中，生成计算机几何模型的步骤包括生成有限元模型，该有限元模型包括由通过节点互连的有限元的集合建模的系统。
在任何前述或任何后述示例实现方式或其任何组合的方法的一些示例实现方式中，求解所选静电电荷传输模型的步骤包括针对节点中的每个节点，从该每个节点提取数据并使用液体向液体容器中转移期间的静电电荷传输模型求解该每个节点处的电势。
在任何前述或任何后述示例实现方式或其任何组合的方法的一些示例实现方式中，执行仿真应用以迭代仿真的步骤包括检索节点中的每个节点处的电势数据并将节点中的每个节点处的电势数据与静电电荷传输模型整合，使得液体向液体容器中转移期间的静电电荷守恒被更新。
在任何前述或任何后述示例实现方式或其任何组合的方法的一些示例实现方式中，执行仿真应用的步骤包括计算液体容器内的边界条件，所述边界条件包括液体被转移到液体容器中的液体容器入口边界条件、空气-液体边界条件、导电液体容器边界壁条件、介电液体容器边界壁条件和混合液体容器边界条件。
在任何前述或任何后述示例实现方式或其任何组合的方法的一些示例实现方式中，输出液体容器中的静电电荷的预测的步骤包括在至少一种其它情况下：基于液体容器中的静电电荷的预测生成液体容器的改良设计；根据改良设计生成液体容器的改良计算机几何模型；并且通过被配置为访问改良计算机几何模型和可执行代码的计算机处理器重新执行仿真应用。
一些示例实现方式提供一种用于预测液体容器中的静电电荷的设备。该设备包括处理器以及存储可执行指令的存储器，所述可执行指令响应于由处理器执行，使得设备至少：根据液体容器的设计生成液体容器的计算机几何模型；生成可执行代码以再现液体向液体容器中转移期间的流体动力学和静电电荷守恒；通过被配置为访问计算机几何模型和可执行代码的处理器执行仿真应用，以至少：依据流体动力学和静电电荷守恒执行液体向液体容器中的传送的仿真，并且基于该仿真，生成液体转移期间液体容器中的静电电荷的预测；并且迭代仿真以更新静电电荷守恒，从而修正液体转移期间液体容器中的静电电荷的预测；并且输出液体容器中的静电电荷的预测，使得能够基于该预测对液体容器的设计进行验证。
一些示例实现方式提供一种计算机可读存储介质，其为非暂时性的并且存储有计算机可读程序代码部分，所述计算机可读程序代码部分响应于由处理器执行，使得设备至少执行任何前述示例实现方式或其任何组合的方法。
通过阅读以下详细描述以及下面简要描述的附图，本公开的这些和其它特征、方面和优点将显而易见。本公开包括本公开中所阐述的两个、三个、四个或更多个特征或元件的任何组合，而不管在本文所描述的特定示例实现方式中是否明确地组合或以其它方式叙述这些特征或元件。本公开旨在整体上阅读，使得在其任何方面和示例实现方式中本公开的任何可分离的特征或元件应该被视为可组合的，除非本公开的上下文清楚地另外说明。
因此，将理解，提供此发明内容仅仅是为了总结一些示例实现方式，以提供对本公开的一些方面的基本理解。因此，将理解，上述示例实现方式仅仅是示例，不应被解释为以任何方式缩小本公开的范围或精神。从以下结合附图进行的详细描述，其它示例实现方式、方面和优点将变得显而易见，附图作为示例示出一些所描述的示例实现方式的原理。
附图说明
因此在概括地描述了本公开的示例实现方式之后，现在将参照附图(未必按比例绘制)，附图中：
图1是根据本公开的示例实现方式的加燃料系统的示意性例示；
图2是根据本公开的示例实现方式的用于预测液体容器中的静电电荷以便于制造液体容器的系统的框图；
图3是更具体地示出根据本公开的示例实现方式的图2的系统的建模子系统的框图；
图4A是根据本公开的原理的液体容器和液体容器的入口圆筒的计算机几何模型；
图4B是根据本公开的原理的与图4A的液体容器集成的入口圆筒的计算机几何模型；
图4C是根据本公开的原理的与图4B的液体容器集成的入口圆筒的有限元模型；
图5是更具体地示出根据本公开的一些示例实现方式的图2的系统的流体动力学和电荷守恒子系统的框图；
图6是更具体地示出根据本公开的示例实现方式的图2的系统的仿真子系统的框图；
图7A、图7B和图7C是根据本公开的示例实现方式的图2的系统的样本图形输出；
图8是示出根据本公开的示例实现方式的预测液体容器中的静电电荷的方法中的操作的流程图；以及
图9示出根据一些示例实现方式的设备。
具体实施方式
现在将在下面参照附图更充分地描述本公开的一些实现方式，附图中示出了本公开的一些而非所有实现方式。实际上，本公开的各种实现方式可按照许多不同的形式来具体实现，不应被解释为限于本文所阐述的实现方式；相反，提供这些示例实现方式以使得本公开将彻底和完整，并且将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。例如，除非另外指示，否则将某物称为第一、第二等不应被解释为暗指特定顺序。另外，例如，本文中可参考定量度量、值、关系等(例如，平面、共面、垂直)。除非另外指明，否则这些中的任一个或更多个(如果不是所有的话)可以是绝对的或近似的，以考虑到可能发生的可接受的变化(例如，由于工程公差等引起的变化)。相似的标号始终表示相似的元件。
本公开的示例实现方式总体上涉及一种用于预测载具上的液体容器中的静电电荷的设备以及对应方法和计算机可读存储介质。如本文所用，“静电电荷”是指在向容器中转移液体之前、期间和之后由金属和复合材料液体容器中的静电电荷积聚、传输和/或弛豫导致的任何可能的不理想状况。在一些示例中，这些不理想状况包括静电电荷、电压、量足以导致传播刷形放电的表面电荷密度、足以导致电压电弧的电场或电势等。
示例实现方式可在飞机上的燃料储罐的背景下描述，但是应该理解，示例实现方式可同样适用于其它载具上的液体容器。例如，本公开的实现方式也可适用于具有液体低温系统的航天器、具有压载水舱的船舶和潜艇以及具有燃料箱的汽车。理想的是预测这些液体容器中的静电电荷以用于针对多种不同载具环境和系统验证设计和/或确定服务指南(例如，加燃料时间)，其全部在本公开的构架的范围内。
本发明的示例实现方式包括飞机的燃料储罐的设计的验证。目前加燃料期间的燃料储罐的分析包括一些假设和简化，这无法提供加燃料期间的静电电荷的最准确预测。目前，燃料储罐的储罐几何形状被假设成具有理想导体侧的矩形箱。在加燃料过程中没有对流体动力学的条件进行仿真。因此，加燃料的动作将进入的燃料视为基于燃料的电导率以指数方式弛豫，其中时间常数主要受欧姆弛豫影响。燃料被视为贯穿燃料储罐具有完全混合的均匀电荷分布，其中“电荷分布”或“静电电荷分布”是指特定区域上的电场的密度。因此，使用目前的分析方法没有考虑任意储罐几何形状、流体动力学、非理想电导体(PEC)边界条件和/或孤立导体。
图1示出通常标记为100的示例性加燃料系统。在一些示例中，加燃料系统100包括被配置为经由管道106从液体转移装置104(例如，燃料车)接收液体的液体容器102(例如，燃料储罐)。在经由管道106输送液体期间，设置在液体容器102、管道106内或者以其它方式集成在加燃料系统100内的一个或更多个组件可与液体相互作用并影响静电电荷分布。例如，如图1所示，与管道106成一直线设置的过滤器108可通过从其剥离电荷而与液体相互作用，从而在输送到液体容器102的液体中形成体极化(bulk polarization)。
本公开的示例实现方式利用计算模型来开发仿真以用于探究向燃料储罐加燃料的动作以预测其中的静电电荷。以这种方式，本公开的示例实现方式允许验证诸如燃料储罐的液体容器的设计以评估加燃料期间的不理想状况。图2示出根据本公开的示例实现方式的用于预测载具上的液体容器中的静电电荷的系统200的框图。系统200被配置为执行若干不同的功能或操作(自动地、在直接操作者控制下或者其一些组合)。在这方面，在一些示例中，系统200被配置为自动地(即，不由操作者直接控制)执行其一个或更多个功能或操作。另外地或另选地，在一些示例中，系统200被配置为在直接操作者控制下执行其一个或更多个功能或操作。
系统200可包括用于执行其一个或更多个功能或操作的若干不同的子系统(各自为单独的系统)中的任一个的一个或更多个。如所示，例如，系统200可包括彼此联接的建模子系统202、流体动力学和电荷守恒子系统204和仿真子系统206。尽管作为系统200的部分一起示出，应该理解，任何子系统可作为单独的系统起作用或操作而与其它子系统无关。此外，应该理解，除了图2所示那些以外，系统200可包括一个或更多个附加或另选子系统。
建模子系统202通常被配置为根据液体容器的设计来生成液体容器的计算机几何模型。流体动力学和静电电荷守恒子系统204通常被配置为生成可执行代码以再现在向液体容器中转移液体期间的流体动力学和静电电荷守恒。
仿真子系统206通常被配置为通过被配置为访问计算机几何模型和可执行代码的计算机处理器执行仿真应用，以至少依据流体动力学和静电电荷守恒执行液体向液体容器中转移的仿真，并且基于该仿真，生成液体转移期间的液体容器中的静电电荷的预测。仿真应用还被配置为迭代仿真以更新静电电荷守恒，从而修正液体转移期间的液体容器中的静电电荷的预测。液体容器中的静电电荷的积聚和传输的预测被配置为被输出以允许基于其验证液体容器的设计。
图3是根据一些示例实现方式的建模子系统202的框图。如所指示的，建模子系统202通常被配置为根据液体容器的设计生成液体容器的计算机几何模型。流体容器几何形状模块302为液体容器生成限定液体容器和/或关联的组件(例如，入口圆筒)的几何形状的初始流体容器几何形状文件。在一些示例中，液体容器是一个或更多个互连的容器隔间。在一些其它示例中，液体容器是矩形棱柱。然而，可使用流体容器几何形状模块302对其它非标准液体容器几何形状和组件进行建模。利用计算机辅助设计(CAD)工具或其它参数化几何设计工具(例如，Patran)来创建流体容器几何形状文件。因此，在一些示例中，初始流体容器几何形状文件包括液体容器和任何关联的组件的实体模型。
几何形状处理模块304被配置为整合并进一步处理流体容器几何形状模块302所生成的液体容器和任何关联的组件的实体模型。例如，在流体容器几何形状模块302生成液体容器以及穿过液体容器的入口圆筒的情况下，几何形状处理模块304被配置为将入口圆筒和液体容器合并成单一体积。在另一示例中，几何形状处理模块304被配置为生成液体容器和任何关联的组件的有限元模型，包括由通过节点互连的有限元集合建模的系统。在此示例中，通过节点互连的有限元集合被配置为网格化，以使得有限元模型包括由互连的节点限定的多个单元。在一些方面，多个单元中的每一个是四面体。
在另一示例中，几何形状处理模块304被配置为限定穿过液体容器的入口圆筒处的入口电荷密度和/或入口边界条件。值得注意的并且将关于边界条件进一步描述的，与液体容器的内部内的边界条件(例如，液体容器的内壁或表面)相比，限定液体容器的入口的入口圆筒可提供不同类型的边界。因此，在几何形状处理模块304处液体容器的入口圆筒处的入口边界条件可被特别指定为特定区域，并且可限定该特定区域处的体积流速(m/s)和/或入口电荷密度(C/m3)。
模型参数模块306被配置为在启动仿真之前限定一个或更多个仿真参数。例如，模型参数模块306被配置为限定重力加速度、仿真的时间步(例如，2.5ms)、总时间步(例如，4000)、每时间步的弛豫(即，每时间步(例如，10s)电荷将弛豫多少次)、数据输出频率(例如，1/s)等。以这种方式，模型参数模块306所限定的仿真参数用于考虑体积流速和液体容器的期望的填充水平来确定仿真的持续时间(即，总时间步)。
图4A至图4C示出由建模子系统202如上所述生成液体容器和入口圆筒的计算机几何模型的三个不同阶段，该计算机几何模型被指定为400。在图4A中，生成初始流体容器几何形状文件，其中提供分别作为燃料储罐402和入口圆筒404具体实现的液体容器的实体模型。在图4B中，燃料储罐402和入口圆筒404被合并为单一体积。在图4C中，燃料储罐402和入口圆筒404被网格化以生成与入口圆筒404整合的液体容器404的有限元模型，该有限元模型包括由互连的节点406限定的多个单元。
再返回参照图2，流体动力学和电荷守恒子系统204被配置为生成可执行代码以再现向液体容器中转移液体期间的流体动力学和静电电荷守恒。流体动力学包括动量、体积流速、边界条件或体电荷密度，并且可选自和/或可接收自存储多个流体动力学模型(例如，函数、方程、关系等)的数据库。在一些情况下，例如，流体动力学和电荷守恒子系统204被配置为从存储在数据库中的多个流体动力学模型接收一个或更多个、两个或更多个等流体动力学模型。根据需要，附加流体动力学模型可被添加到数据库。
流体动力学和电荷守恒子系统204还被配置为从存储多个静电电荷传输模型(包括传导、对流、扩散和/或迁移)的数据库接收代表静电电荷守恒的所选静电电荷传输模型。在一些情况下，例如，流体动力学和电荷守恒子系统204被配置为从存储在数据库中的多个静电电荷传输模型接收一个或更多个、两个或更多个等静电电荷传输模型。根据需要，附加静电电荷传输模型可被添加到数据库。
仿真子系统206被配置为通过被配置为访问计算机几何模型和可执行代码的计算机处理器执行仿真应用，以至少依据流体动力学和静电电荷守恒模型执行液体向液体容器中的转移的仿真。仿真子系统206被配置为基于仿真来生成液体转移期间的液体容器中的静电电荷的预测。随着液体继续向液体容器中转移，迭代仿真以更新静电电荷守恒，从而修正液体转移期间的液体容器中的静电电荷的预测。更具体地，在液体转移期间迭代地求解流体动力学和静电电荷传输模型以随着容器继续填充液体修正液体容器中的静电电荷的预测。在一些示例中，仿真子系统206包括计算流体动力学(CFD)软件包。可基于指定的保真度偏好替换其它计算模型。
图5是更具体地示出流体动力学和电荷守恒子系统204的框图。如图5所示，在一些示例中，流体动力学和电荷守恒子系统204包括流体动力学数据库500，其被配置为存储描述液体在其转移期间向液体容器中的流动的流体动力学模型。这些流体动力学模型涵盖了可压缩与不可压缩流、牛顿与非牛顿流体、无粘性与粘性斯托克斯流、定常与非定常流、层流与湍流、反应与非反应流等。
其它流体动力学模型包括特定边界条件。值得注意的是，流体动力学数据库500可包括用于由用户选择和定义的边界条件，例如：液体被转移到液体容器中的液体容器入口边界条件(例如，入口圆筒404，图4A至图4C)、空气-液体边界条件、导电液体容器边界壁条件、介电液体容器边界壁条件和混合液体容器边界条件。
在一些示例中，液体容器的内壁或表面是理想导电的或者为具有无穷大电导率(即，零电阻率)的材料。在一些示例中，液体容器入口被视为完全流体。以这种方式，可使用存储在流体动力学数据库500中的边界条件来选择和识别液体容器入口以便识别液体容器入口边界处的体积流速和/或体电荷密度。在其它示例中，如上所述，由建模子系统204(例如，几何形状处理模块304或模型参数模块306)选择和/或识别液体容器入口。
在一些示例中，在向液体容器中转移的液体的顶表面与液体容器中的空气之间存在空气-液体边界。在一些示例中，假设空气-液体边界是理想绝缘体，其中电荷在顶表面处聚集，但是不通过空气向其它边界泄放(即，放电)。在其它示例中，孤立导体的存在可影响空气-液体边界是理想绝缘体的假设。孤立导体是液体容器中由于设计或者由于机械故障而没有接地的任何金属组件。这些导体可通过若干机制充电至高电势并产生电弧威胁。无论如何，空气-液体边界是理想绝缘体的假设考虑了贯穿孤立导体的恒定电势，其具有考虑由于导体的存在而引起的电场和电势的一阶微扰的效果。然而，这没有考虑由沿着导电表面的电荷分布产生的这些参数的改变。
在一些示例中，假设导电液体容器边界壁条件为理想导电的。这可经由从流体动力学数据库选择理想导体边界条件来限定，并且可由表面电荷为零的液体容器的内表面或内壁限定。因此，在仿真的各个时间步，液体容器边界的表面电荷可被重置为零。
在一些示例中，可限定介电液体容器边界壁条件。更具体地，液体容器的介电壁是可通过施加的电场极化的电绝缘体。在一些示例中，表面电荷按照与空气-液体边界相同的方式在液体容器的壁或表面(即，介电边界)上积聚。通过根据流体的介电常数和边界处的薄双层的厚度限定电容，电荷可通过边界泄放。估计边界的液体层的厚度约为50μm。该电容用于根据方程(1)确定电荷从表面弛豫多少，其可被存储在流体动力学数据库500中。
其它流体动力学模型(例如，混合液体容器边界条件)也可被存储在流体动力学数据库500中，并且可被发送到选择模块502或由选择模块502选择。选择模块502被配置为从数据库500选择相应流体动力学模型并将这些流体动力学模型发送到代码模块504。例如，选择模块502选择或接收流体动力学模型以用于对向液体容器中转移液体期间的动量、边界条件和体积流速进行建模。代码模块504被配置为生成可执行代码以便再现向液体容器中转移液体期间的流体动力学。使用从数据库500选择的流体动力学模型，代码模块504被配置为生成可执行代码或脚本，其将在仿真期间实现以在仿真期间再现液体的流体动力学。因此，代码模块504被配置为将可执行代码输出到仿真设置模块506以用于与来自建模子系统202的液体容器的计算机几何形状模型整合。
图5进一步示出被配置为存储静电电荷传输模型(例如，控制方程)的静电电荷传输模型数据库508，其可用于求解液体向液体容器中转移期间的电荷的静电积聚、传输、弛豫和/或分布。更具体地，静电电荷传输模型涵盖传导、对流、由于离子迁移引起的电荷漂移速度和/或扩散。对流解释连同流体本身一起传输的电荷。其在高电荷液体流进入容器的液体容器入口附近可能特别重要。电荷迁移在电导率非常低或者电场非常高的场景中可能很重要。电荷密度或高斯定律表示均匀地减小贯穿液体容器的电荷密度的按时间的指数衰减。
可存储在静电电荷传输模型数据库508中的一个示例性静电电荷传输模型涵盖传导、对流、由于离子迁移引起的电荷漂移速度和/或扩散并在(2)中提供：
在(2)中，对流和迁移项作为单元之间的通量传输求解，并且欧姆弛豫被实现为电荷库(charge sink)。值得注意的是，扩散系数DE被作为恒定系数包含，但是是电场的函数。
其它静电电荷传输模型也可被存储在静电电荷传输模型数据库508中，并且可被发送到选择模块510或由选择模块510选择。选择模块510被配置为从数据库508选择相应静电电荷传输模型并将这些静电电荷传输模型发送到代码模块512。代码模块512被配置为生成可执行代码以便再现液体向液体容器中转移期间的静电电荷守恒。使用从数据库508选择的静电电荷传输模型，代码模块512被配置为生成可执行代码或脚本，其将在仿真期间实现以在仿真期间再现电荷的积聚、弛豫和传输。因此，代码模块512被配置为将可执行代码输出到仿真设置模块506以用于与来自建模子系统202的液体容器的计算机几何形状模型整合。来自代码模块504、512的可执行代码与液体容器的计算机几何模型的整合以及模型参数然后被配置为被输出到仿真子系统206。
图6是更具体地示出根据一些示例实现方式的仿真子系统206的框图。仿真子系统206被配置为启动迭代循环依据来自子系统204的流体动力学和静电电荷守恒模型执行液体向液体容器中的转移的仿真，并且迭代仿真以关于液体转移期间的液体容器中的静电电荷进行修正预测。在这方面，仿真子系统206被配置为通过执行上游模块生成的可执行代码来执行一系列计算以使用有限体积方法或者与适当数值设定和输入参数组合的一些其它抛物线状偏微分方程求解器来预测静电电荷在其传输期间的积聚、传输和弛豫。
如本文中先前所述，仿真子系统206可包括一个或更多个模块，所述模块包括CFD软件包(本机软件包、诸如Flow3D或Ansys Fluent的另一市售包或者其组合)。因此，在图6中，仿真子系统206包括一个或更多个模块，所述模块被配置为执行预测静电电荷所需的一个或更多个计算。循环在初始化时可由软件包的用户来启动，这将初始化用液体填充的液体容器的仿真。循环可继续迭代，直至液体容器被填充到预定水平或者直至达到特定收敛标准，特别是关于计算的解的残数的大小足够小(低于特定公差)或者在后续计算迭代之后充分不变(同样低于指定的公差)。收敛标准可根据用户的需求调节。
在一些情况下，仿真子系统206包括流体动力学求解器600，流体动力学求解器600包括CFD软件包(例如，Ansys Fluent)，其被配置为访问代码模块504所生成的可执行代码以再现并求解向由建模子系统202建模的液体容器中转移液体时液体的流体动力学模型。提供给流体动力学求解器600的可执行代码可包括从物理和计算视角准确地再现或仿真流体动力学所需的所有数值处理规范(例如，动量、体积流速、边界条件和/或体电荷密度)。
仿真子系统206还可包括电荷传输求解器602，电荷传输求解器602包括本机软件包，其被配置为访问代码模块512所生成的可执行代码以再现并求解向由建模子系统202建模的液体容器中转移液体时液体的静电电荷传输模型(即，控制方程)。提供给电荷传输求解器602的可执行代码可包括所有用户定义的函数或方程(例如，(1))，其使得电荷传输求解器602能够连续地求解向液体容器中转移液体期间和之后的电荷传输。
空气-液体边界模块604可被配置为使用空气-液体边界是理想绝缘体的假设来计算液体向液体容器中转移期间液体容器内的空气-液体边界条件。否则，当存在孤立导体时，空气-液体边界模块604使用空气-液体边界不是理想绝缘体的假设。更具体地，空气-液体边界模块604被配置为在各个时间步计算转移到液体容器中的液体的顶表面与存在于液体容器中的空气之间的界面。如上所述，在建模子系统202中基于材料以及随其提供的任何固有性质(例如，粘度、密度、标准状态焓等)来定义液体和空气。在一些示例中，液体是诸如煤油的燃料，使得空气-液体边界模块604被配置为计算液体容器内的空气-燃料边界。
空气-液体边界模块604被配置为利用方程(3)-(5)来计算转移到液体容器的液体的体积分数(需要注意的是，所有体积分数相加为一)：
其中αq表示第q相的体积分数，ρ表示密度，p是静压，μ是分子粘度，是重力体积力，表示外部体积力。以这种方式，空气-液体边界模块604被配置为提供体电荷密度ρv(单位为C/m3，在转移的液体进入容器时确定)。
电荷守恒求解器606用于沿着空气-液体边界之间的液体的顶表面更新液体的表面电荷。在液体的顶表面与液体容器内的空气之间或者液体的顶表面与介电壁之间的界面处，电荷可累积成薄层。这被视为表面电荷密度ρs(单位为C/m2)。值得注意的是，沿着液体的顶表面和介电边界处的表面电荷密度是预测液体容器中的静电电荷的重要分量，因为其可导致称为传播刷形放电的潜在不理想状况。更具体地，液体顶部的表面电荷显著促成了气隙(即，还未加燃料而填充空气的容器部分)中的电场，而该电场促成了电弧的潜在不理想状况。
在一些示例中，电荷守恒求解器606在液体容器内不是空气-液体界面或液体-边界界面的任何单元处在各个时间步连续地将表面电荷密度清零。在其它示例中，当液体容器被简单地假设为理想导体时，该边界处的表面电荷被设定为零。在电荷守恒求解器606被配置为评估表面电荷的情况下，电荷守恒求解器606被配置为使用两种物理机制来进行以在仿真期间在各个时间步再现表面电荷的积聚和弛豫。最初，当电场将通过表面将电荷传导到另一单元，但是相反满足非导电界面时，根据电场的法向分量产生表面电荷。显然，电荷守恒求解器606求解方程(6)以确定表面电荷密度：
其中ρs,t表示在时间步t的表面电荷密度(C/m2)，是空气-流体界面的法线，Δt是时间步的长度。
电荷守恒求解器606还被配置为使用实现电荷守恒求解器606的软件包所特定的第二机制来求解表面电荷。例如，在Ansys Fluent中实现电荷守恒求解器606的情况下，电荷守恒求解器606可使用Ansys Fluent所使用的流体体积(Volume of Fluid，VOF)解决方案所特定的方法来求解表面电荷传输。具体地讲，当单元从部分充满(因此包含界面)转变为完全充满(并且不再是空气-液体边界的一部分)时，剩余表面电荷转变为如今包含界面的任何邻近单元。这大致相当于在表面处通过对流传输。
转换模块608被配置为将来自上游模块600-606的数据转换为可输出到另一软件包的格式。例如，转换模块608被配置为将电性质的表示从CFD解决方案的基于元的分布转换为静电解决方案的源的基于节点的分布，使得数据可被输出到另一软件包。
静电求解器610被配置为接收转换模块608所提取的数据。静电求解器610包括能够求解泊松方程以确定液体容器的有限元模型的各个节点处的电势的本机软件包。因此，静电求解器610被配置为以方程(7)的矩阵形式求解泊松方程：
在一些示例中，可存在液体容器表面的介电常数，使得可在静电求解器610中修改刚度矩阵以创建描述向边界中的电荷转移的电阻器-电容器(RC)电路。因此，可修改方程(7)以考虑向边界中的电荷转移，而非保持储罐边界理想导电的假设。
在计算泊松方程之后，仿真子系统206被配置为更新模块600-608中先前计算的计算。更具体地，在包括例如用在模块/求解器602-608中的本机软件包的边界条件模块612中，从静电求解器610计算的转换的电势由此被接收并用于更新液体容器内部的边界条件。例如，所计算的电势可用于更新液体容器入口边界条件、空气-液体边界条件、导电液体容器边界壁条件、介电液体容器边界壁条件和/或混合液体容器边界条件。在其它示例中，例如，如果流体已移动，使得元件不再包含流体/空气界面，则更新的边界条件用于在方程(6)中将表面电荷密度清零。
然后，转换模块614被配置为将来自模块612的数据转换为可输出到另一软件包的格式。在一些示例中，转换模块614是与转换模块608相同的转换模块。以这种方式，转换模块608被配置为将数据转换为适合于至少两种不同的软件包的格式。在另一示例中，转换模块614不同于转换模块608。无论如何，转换模块614被配置为将求解器610、模块612的基于节点的解转换回基于元的表示以用于输出到另一软件包(例如，流体动力学求解器600)。
在一些示例中，由静电求解器610求解的计算的电势可用于确定电场。因此，电场求解器616可被配置为利用静电电荷传输模型来求解液体容器的计算机几何模型的有限元模型的节点中的各个节点。具体地讲，电场求解器616被配置为检索节点中的各个节点处的电势数据，并将节点中的各个节点处的电势数据与静电电荷传输模型(例如，方程(2))整合以求解电场。以这种方式，液体向液体容器中转移期间的静电电荷守恒被更新。
电场求解器616还可被配置为将由此计算的电场作为信息可视化输出以作为时间的函数绘制。可在不同的时间步基于来自电场求解器616的计算的数据输出自动地创建电场和电势、流体位置、表面和体积电荷分布等。可实时地显示在液体向液体容器中转移期间基于流体液面、电荷密度和电势连续地预测静电电荷的视频和定格镜头形式的信息可视化(参见例如图7A、图7B)。
确定电场之后，计算的电场可被发送到分析模块618以用于进一步计算。分析模块618被配置为获取电场并基于所计算的电场更新任何流体动力学和/或静电电荷传输模型，以便生成在液体容器中转移液体期间液体容器中的静电电荷的预测。分析模块618被配置为分析仿真的轮廓，以根据液体容器的填充体积和/或仿真的运行时间确定仿真是否需要被迭代另一循环。在分析模块确定仿真未完成(即，液体容器还未充满)的情况下，分析模块618将再次迭代仿真以更新静电电荷守恒，从而随其继续接收液体而修正液体容器中的静电电荷的预测。然而，如果分析模块618确定仿真完成(即，液体容器被填充到预定水平)，则仿真将停止并且将如下所述输出静电电荷的最终预测。
在一些示例性实施方式中，分析模块618被配置为即使在达到液体容器的填充体积之后，也将仿真迭代另一循环。可这样做以便求解液体转移到液体容器中之后的电荷传输(例如，求解器602)。以这种方式，即使液体的转移已停止，仿真也可继续迭代，以便了解在储罐内任何潜在威胁消散花费多少时间。
报告生成模块620通常被配置为以诸如PowerPoint或PDF的标准格式将统计数据和各种结果(包括也可收集到报告中的定格镜头和视频)绘成曲线。最后，关于预测的静电电荷的该定量信息可按照呈现的结果的形式传递给用户，以显示当前设计的影响。另外，收集基本统计数据。图7A至图7C分别示出三个示例图形输出700-704。图7A示出在液体容器的特定区域(顶部中心)处在仿真期间计算的电势结果的示例性时间步样本。图7B示出在液体容器的特定区域(顶部中心)处在仿真期间计算的电场结果的示例性时间步样本。图7C示出在仿真期间的某个时刻贯穿液体容器的有限元模型的体电荷密度。因此，利用电场求解器616和/或分析模块618所生成的输入，可按照自动方式计算和累积要测量的所需量。这些结果被收集在报告生成模块620中。
在关于静电电荷的预测的结果指示液体容器的设计充分的情况下，液体容器的设计由此被验证可制造。分析模块618还可被配置为在至少一个情况下将液体容器的设计输出到制造系统以用于根据验证的设计生产。因此在这些情况下，液体容器的设计被识别为获得验证以准备好实施并且关于静电电荷优化。
在关于静电电荷的预测的结果指示液体容器的设计不充分的情况下，可生成液体容器的改良设计。在其它示例中，改良设计可在别处生成并被返回供应给系统。改良设计基于液体容器内的各个位置中的电势和表面电荷分布的预测。定量信息可按照结果的形式输出，该结果被呈现以显示液体容器的当前设计的影响。系统可被配置为根据改良设计来生成液体容器的改良计算机几何模型；并且通过被配置为访问改良计算机几何模型和可执行代码的计算机处理器来重新执行仿真应用。
如报告所指示，通过了解液体转移期间液体储罐内的静电电荷，设计者将知道对于重新设计或重新定位，液体储罐的哪些组件或者储罐本身将受益最大。映射出从仿真生成的各种结果的报告可用于预测静电电荷最低(例如，表面电荷分布最低)的区域。然后，可实现这些设计改变以改进设计的可靠性并使风险最小化，同时如有必要，迭代地使用工具以进行迭代优化。
图8是示出用于预测液体容器中的静电电荷的方法800中的各种步骤的流程图。如方框802所示，该方法包括根据液体容器的设计生成液体容器的计算机几何模型。如方框804所示，该方法包括生成可执行代码以再现液体向液体容器中转移期间的流体动力学和静电电荷守恒。如方框806所示，该方法包括执行仿真应用。执行仿真应用包括依据流体动力学和静电电荷守恒执行液体向液体容器中的转移的仿真，并且基于该仿真，生成液体转移期间液体容器中的静电电荷的预测，以及迭代仿真以更新静电电荷守恒，从而修正液体转移期间液体容器中的静电电荷的预测。并且，如方框808所示，该方法包括输出液体容器中的静电电荷的预测，使得能够基于该预测对液体容器的设计进行验证。
根据本公开的示例实现方式，如图2所示的系统200及其子系统(包括建模子系统202、流体动力学和电荷守恒子系统204和仿真子系统206)可通过各种手段来实现。用于实现系统及其子系统的手段可包括硬件(单独或者在来自计算机可读存储介质的一个或更多个计算机程序的指导下)。在一些示例中，一个或更多个设备可被配置为用作或者说以其它方式实现本文所示出和描述的系统及其子系统。在涉及不止一个设备的示例中，各个设备可按照多种不同方式(例如，经由有线或无线网络等直接或间接)彼此连接或者说彼此通信。
图9示出根据本公开的一些示例实现方式的设备900。通常，本公开的示例实现方式的设备可包括或具体实现于一个或更多个固定或便携式电子装置中。合适的电子装置的示例包括智能电话、平坦计算机、膝上型计算机、台式计算机、工作站计算机、服务器计算机等。设备可包括诸如例如连接到存储器904(例如，存储装置)的处理器902(例如，处理器单元)的多个组件中的一个或更多个。
处理器902可包括一个或更多个处理器(单独地或者与一个或更多个存储器组合)。处理器通常是能够处理诸如例如数据、计算机程序和/或其它合适的电子信息的任何计算机硬件。处理器包括电子电路的集合，其中一些可被封装成集成电路或多个互连的集成电路(集成电路有时更常见地被称为“芯片”)。处理器可被配置为执行可存储在该处理器上或者说存储在(相同或另一设备的)存储器904中的计算机程序。
根据特定实现方式，处理器902可以是多个处理器、多核处理器或者一些其它类型的处理器。另外，处理器可利用多个异构处理器系统来实现，其中主处理器与一个或更多个辅处理器存在于单个芯片上。作为另一例示示例，处理器可以是包含相同类型的多个处理器的对称多处理器系统。在另一示例中，处理器可被具体实现为或者说包括一个或更多个ASIC、FPGA等。因此，尽管处理器能够执行计算机程序以执行一个或更多个功能，各种示例的处理器能够在没有计算机程序的帮助下执行一个或更多个功能。在任一情况下，处理器可被适当地编程以执行根据本公开的示例实现方式的功能或操作。
存储器904通常是能够以临时和/或持久方式存储例如数据、计算机程序(例如，计算机可读程序代码906)和/或其它合适的信息的任何计算机硬件。存储器可包括易失性和/或非易失性存储器，并且可以是固定的或可移除的。合适的存储器的示例包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘驱动器、闪速存储器、拇指驱动器、可移除计算机磁碟、光盘、磁带或者上述项的一些组合。光盘可包括紧凑盘-只读存储器(CD-ROM)、紧凑盘-读/写(CD-R/W)、DVD等。在各种情况下，存储器可被称作计算机可读存储介质。计算机可读存储介质是能够存储信息的非暂时性装置，并且是与能够将信息从一个地方输送至另一地方的诸如电子瞬时信号的计算机可读传输介质相区别。如本文所述的计算机可读介质通常可表示计算机可读存储介质或者计算机可读传输介质。
除了存储器904以外，处理器902还可连接至一个或更多个接口以用于显示、发送和/或接收信息。所述接口可包括通信接口908(例如，通信单元)和/或一个或更多个用户接口。通信接口可被配置为例如向其它设备、网络等发送信息和/或从其它设备、网络等接收信息。通信接口可被配置为通过物理(有线)和/或无线通信链路来发送和/或接收信息。合适的通信接口的示例包括网络接口控制器(NIC)、无线NIC(WNIC)等。
用户接口可包括显示器910和/或一个或更多个用户输入接口912(例如，输入/输出单元)。显示器可被配置为向用户呈现或者说显示信息，其合适的示例包括液晶显示器(LCD)、发光二极管显示器(LED)、等离子体显示面板(PDP)等。用户输入接口可以是有线的或无线的，并且可被配置为从用户接收向设备中的信息以用于例如处理、存储和/或显示。用户输入接口的合适示例包括麦克风、图像或视频捕获装置、键盘或键区、操纵杆、触敏表面(与触摸屏分离或集成到触摸屏中)、生物传感器等。用户接口还可包括用于与诸如打印机、扫描仪等的外设通信的一个或更多个接口。
此外，本公开包括根据以下条款的实施方式：
条款1.一种预测液体容器(102)中的静电电荷的方法，该方法包括以下步骤：
根据液体容器(102)的设计生成液体容器(102)的计算机几何模型；
生成可执行代码以再现液体向液体容器(102)中转移期间的流体动力学和静电电荷守恒；
通过被配置为访问计算机几何模型和可执行代码的计算机处理器执行仿真应用，以至少：
依据流体动力学和静电电荷守恒执行液体向液体容器(102)中的转移的仿真，并且基于该仿真，生成液体转移期间液体容器(102)中的静电电荷的预测；以及
迭代仿真以更新静电电荷守恒，从而修正液体转移期间液体容器(102)中的静电电荷的预测；以及
输出液体容器(102)中的静电电荷的预测，使得能够基于该预测对液体容器(102)的设计进行验证。
条款2.根据条款1所述的方法，其中，生成可执行代码的步骤包括从包括动量、边界条件、体积流速或体电荷密度的流体动力学模型的数据库接收所选流体动力学模型。
条款3.根据条款2所述的方法，其中，生成可执行代码的步骤包括从包括传导、对流、扩散或迁移的静电电荷传输模型的数据库接收代表静电电荷守恒的所选静电电荷传输模型。
条款4.根据条款3所述的方法，其中，执行仿真应用的步骤包括求解液体向液体容器(102)中转移期间和之后的所选静电电荷传输模型。
条款5.根据条款4所述的方法，其中，生成计算机几何模型的步骤包括生成有限元模型，该有限元模型包括由通过节点互连的有限元的集合建模的系统。
条款6.根据条款5所述的方法，其中，求解所选静电电荷传输模型的步骤包括针对节点中的每个节点，从该每个节点提取数据并使用液体向液体容器(102)中转移期间的静电电荷传输模型求解该每个节点处的电势。
条款7.根据条款6所述的方法，其中，执行仿真应用以迭代仿真的步骤包括检索节点中的各个节点处的电势数据并将节点中的每个节点处的电势数据与静电电荷传输模型整合，使得液体向液体容器(102)中转移期间的静电电荷守恒被更新。
条款8.根据条款1至7中的任一项所述的方法，其中，执行仿真应用的步骤包括计算液体容器(102)内部的边界条件，该边界条件包括液体被转移到液体容器(102)中的液体容器(102)入口边界条件、空气-液体边界条件、导电液体容器(102)边界壁条件、介电液体容器(102)边界壁条件和混合液体容器(102)边界条件。
条款9.根据条款1至8中的任一项所述的方法，其中，输出液体容器(102)中的静电电荷的预测的步骤包括在至少一个其它情况下：
基于液体容器(102)中的静电电荷的预测来生成液体容器(102)的改良设计；
根据改良设计生成液体容器(102)的改良计算机几何模型；以及
通过被配置为访问改良计算机几何模型和可执行代码的计算机处理器重新执行仿真应用。
条款10.一种用于预测液体容器(102)中的静电电荷的设备，该设备包括处理器和存储可执行指令的存储器，所述可执行指令响应于由处理器执行，使得设备至少：
根据液体容器(102)的设计生成液体容器(102)的计算机几何模型；
生成可执行代码以再现液体向液体容器(102)中转移期间的流体动力学和静电电荷守恒；
通过被配置为访问计算机几何模型和可执行代码的处理器执行仿真应用，以至少：
依据流体动力学和静电电荷守恒执行液体向液体容器(102)中的转移的仿真，并且基于该仿真，生成液体转移期间液体容器(102)中的静电电荷的预测；以及迭代仿真以更新静电电荷守恒，从而修正液体转移期间液体容器(102)中的静电电荷的预测；以及
输出液体容器(102)中的静电电荷的预测，使得能够基于该预测对液体容器(102)的设计进行验证。
条款11.根据条款10所述的设备，其中，该设备被配置为生成可执行代码以使得从包括动量、体积流速、边界条件或体电荷密度的流体动力学模型的数据库接收所选流体动力学模型。
条款12.根据条款11所述的设备，其中，该设备被配置为生成可执行代码以使得从包括传导、对流、扩散或迁移的静电电荷传输模型的数据库接收代表静电电荷守恒的所选静电电荷传输模型。
条款13.根据条款12所述的设备，其中，该设备被配置为执行仿真应用以使得求解液体向液体容器(102)中转移期间和之后的所选静电电荷传输模型。
条款14.根据条款13所述的设备，其中，该设备被配置为生成计算机几何模型以使得生成有限元模型，该有限元模型包括由通过节点互连的有限元的集合建模的系统。
条款15.根据条款14所述的设备，其中，该设备被配置为求解液体向液体容器(102)中转移期间的所选静电电荷传输模型以使得针对节点中的每个节点，从该每个节点提取数据并使用液体向液体容器(102)中转移期间的静电电荷传输模型求解该每个节点处的电势。
条款16.根据条款15所述的设备，其中，该设备被配置为执行仿真应用以迭代仿真以使得检索节点中的每个节点处的电势数据并将节点中的每个节点处的电势数据与静电电荷传输模型整合，使得液体向液体容器(102)中转移期间的静电电荷守恒被更新。
条款17.根据条款10至16中的任一项所述的设备，其中，该设备被配置为执行仿真应用以使得计算液体容器(102)内部的边界条件，该边界条件包括液体被转移到液体容器(102)中的液体容器(102)入口边界条件、空气-液体边界条件、导电液体容器(102)边界壁条件、介电液体容器(102)边界壁条件和混合液体容器(102)边界条件。
条款18.根据条款10至17中的任一项所述的设备，其中，该设备被配置为输出液体容器(102)中的静电电荷的预测以使得在至少一个其它情况下：
基于液体容器(102)中的静电电荷的预测来生成液体容器(102)的改良设计；
根据改良设计生成液体容器(102)的改良计算机几何模型；以及
通过被配置为访问改良计算机几何模型和可执行代码的计算机处理器重新执行仿真应用。
条款19.一种非暂时性的并存储有计算机可读程序代码部分的计算机可读存储介质，所述计算机可读程序代码部分响应于由处理器执行，使得设备至少：
根据液体容器(102)的设计生成液体容器(102)的计算机几何模型；
生成可执行代码以再现液体向液体容器(102)中转移期间的流体动力学和静电电荷守恒；
通过被配置为访问计算机几何模型和可执行代码的处理器执行仿真应用，以至少：
依据流体动力学和静电电荷守恒执行液体向液体容器(102)中的转移的仿真，并且基于该仿真，生成液体转移期间液体容器(102)中的静电电荷的预测；以及
迭代仿真以更新静电电荷守恒，从而修正液体转移期间液体容器(102)中的静电电荷的预测；以及
输出液体容器(102)中的静电电荷的预测，使得能够基于该预测对液体容器(102)的设计进行验证。
条款20.根据条款19所述的计算机可读存储介质，其中，该设备被配置为生成可执行代码以使得从包括动量、边界条件、体积流速或体电荷密度的流体动力学模型的数据库接收所选流体动力学模型。
条款21.根据条款20所述的计算机可读存储介质，其中，该设备被配置为生成可执行代码以使得从包括传导、对流、扩散或迁移的静电电荷传输模型的数据库接收代表静电电荷守恒的所选静电电荷传输模型。
条款22.根据条款21所述的计算机可读存储介质，其中，该设备被配置为执行仿真应用以使得求解液体向液体容器(102)中转移期间和之后的所选静电电荷传输模型。
条款23.根据条款22所述的计算机可读存储介质，其中，该设备被配置为生成计算机几何模型以使得生成有限元模型，该有限元模型包括由通过节点互连的有限元的集合建模的系统。
条款24.根据条款23所述的计算机可读存储介质，其中，该设备被配置为求解液体向液体容器(102)中转移期间的所选静电电荷传输模型以使得针对节点中的每个节点，从该每个节点提取数据并使用液体向液体容器(102)中转移期间的静电电荷传输模型求解该每个节点处的电势。
条款25.根据条款24所述的计算机可读存储介质，其中，该设备被配置为执行仿真应用以迭代仿真以使得检索节点中的每个节点处的电势数据并将节点中的每个节点处的电势数据与静电电荷传输模型整合，使得液体向液体容器(102)中转移期间的静电电荷守恒被更新。
条款26.根据条款25所述的计算机可读存储介质，其中，该设备被配置为执行仿真应用以使得计算液体容器(102)内部的边界条件，该边界条件包括液体被转移到液体容器(102)中的液体容器(102)入口边界条件、空气-液体边界条件、导电液体容器(102)边界壁条件、介电液体容器(102)边界壁条件和混合液体容器(102)边界条件。
条款27.根据条款26所述的计算机可读存储介质，其中，该设备被配置为输出液体容器(102)中的静电电荷的预测以使得在至少一个其它情况下：
基于液体容器(102)中的静电电荷的预测来生成液体容器(102)的改良设计；
根据改良设计生成液体容器(102)的改良计算机几何模型；以及
经由被配置为访问改良计算机几何模型和可执行代码的计算机处理器重新执行仿真应用。
如上所述，程序代码指令可被存储在存储器中并由由此编程的处理器执行，以实现本文所描述的系统、子系统、工具及其相应元件的功能。将理解，任何合适的程序代码指令可从计算机可读存储介质被加载到计算机或其它可编程设备上以生成特定机器，使得该特定机器成为实现本文所指定的功能的手段。这些程序代码指令还可被存储在计算机可读存储介质中，其可指导计算机、处理器或其它可编程设备以特定方式起作用，从而生成特定机器或特定制品。存储在计算机可读存储介质中的指令可生成制品，其中所述制品成为实现本文所描述的功能的手段。程序代码指令可从计算机可读存储介质检索并且被加载到计算机、处理器或其它可编程设备中以配置所述计算机、处理器或其它可编程设备执行要在所述计算机、处理器或其它可编程设备上或由其执行的操作。
程序代码指令的检索、加载和执行可顺序地执行，使得一次检索、加载和执行一个指令。在一些示例实现方式中，检索、加载和/或执行可并行地执行，使得一次一起检索、加载和/或执行多个指令。程序代码指令的执行可生成计算机实现的处理，使得由计算机、处理器或其它可编程设备执行的指令提供用于实现本文所描述的功能的操作。
处理器对指令的执行或者指令在计算机可读存储介质中的存储支持用于执行所指定的功能的操作的组合。以这种方式，设备900可包括处理电路，其包括处理器902和连接到处理器的计算机可读存储介质或存储器904，其中处理器被配置为执行存储在存储器中的计算机可读程序代码906。还将理解，一个或更多个功能和功能的组合可通过执行所指定的功能的基于专用硬件的计算机系统和/或处理器、或者专用硬件和程序代码指令的组合来实现。
受益于以上描述和相关附图中所呈现的教导，本公开所属领域的技术人员将想到本文所阐述的公开的许多修改和其它实现方式。因此，应当理解，本公开不限于所公开的特定实现方式，修改和其它实现方式旨在包括在所附权利要求书的范围内。此外，尽管以上描述和相关附图在元件和/或功能的某些示例组合的背景下描述了示例实现方式，应该理解，在不脱离所附权利要求书的范围的情况下，可通过另选实现方式提供元件和/或功能的不同组合。在这方面，例如，如所附权利要求中的一些中所阐述的，也可以想到元件和/或功能的与上面明确描述的那些组合不同的组合。尽管本文中采用了特定术语，它们仅在一般描述性意义上使用，而非用于限制。
Claims (15)
1.一种预测液体容器(102)中的静电电荷的方法，该方法包括以下步骤：
根据所述液体容器(102)的设计生成所述液体容器(102)的计算机几何模型；
生成可执行代码以再现液体向所述液体容器(102)中转移期间的流体动力学和静电电荷守恒；
通过被配置为访问所述计算机几何模型和所述可执行代码的计算机处理器执行仿真应用，以至少：
依据所述流体动力学和静电电荷守恒执行液体向所述液体容器(102)中的转移的仿真，并且基于所述仿真，生成液体转移期间所述液体容器(102)中的静电电荷的预测；以及
迭代所述仿真以更新所述静电电荷守恒，从而修正液体转移期间所述液体容器(102)中的静电电荷的所述预测；以及
输出所述液体容器(102)中的静电电荷的所述预测，使得能够基于所述预测对所述液体容器(102)的所述设计进行验证。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，生成所述可执行代码的步骤包括从包括动量、边界条件、体积流速或体电荷密度的流体动力学模型的数据库接收所选流体动力学模型。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，生成所述可执行代码的步骤包括从包括传导、对流、扩散或迁移的静电电荷传输模型的数据库接收代表静电电荷守恒的所选静电电荷传输模型。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，执行所述仿真应用的步骤包括求解液体向所述液体容器(102)中转移期间和之后的所选静电电荷传输模型。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，生成所述计算机几何模型的步骤包括生成有限元模型，所述有限元模型包括由通过节点互连的有限元的集合建模的系统。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，求解所选静电电荷传输模型的步骤包括针对节点中的每个节点，从该每个节点提取数据并使用液体向所述液体容器(102)中转移期间的所述静电电荷传输模型求解该每个节点处的电势。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，执行所述仿真应用以迭代所述仿真的步骤包括检索节点中的每个节点处的所述电势数据并将节点中的每个节点处的所述电势数据与所述静电电荷传输模型整合，使得液体向所述液体容器(102)中转移期间的静电电荷守恒被更新。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其中，执行所述仿真应用的步骤包括计算所述液体容器(102)内部的边界条件，该边界条件包括液体被转移到所述液体容器(102)中的液体容器(102)入口边界条件、空气-液体边界条件、导电液体容器(102)边界壁条件、介电液体容器(102)边界壁条件和混合液体容器(102)边界条件。
9.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其中，输出所述液体容器(102)中的静电电荷的所述预测的步骤包括在至少一个其它情况下：
基于所述液体容器(102)中的静电电荷的所述预测来生成所述液体容器(102)的改良设计；
根据所述改良设计生成所述液体容器(102)的改良计算机几何模型；以及
通过被配置为访问所述改良计算机几何模型和所述可执行代码的所述计算机处理器重新执行所述仿真应用。
10.一种预测液体容器(102)中的静电电荷的设备，该设备包括处理器和存储可执行指令的存储器，所述可执行指令响应于由所述处理器执行使得所述设备至少：
根据所述液体容器(102)的设计生成所述液体容器(102)的计算机几何模型；
生成可执行代码以再现液体向所述液体容器(102)中转移期间的流体动力学和静电电荷守恒；
通过被配置为访问所述计算机几何模型和所述可执行代码的所述处理器执行仿真应用，以至少：
依据所述流体动力学和静电电荷守恒执行液体向所述液体容器(102)中的转移的仿真，并且基于所述仿真，生成液体转移期间所述液体容器(102)中的静电电荷的预测；以及
迭代所述仿真以更新所述静电电荷守恒，从而修正液体转移期间所述液体容器(102)中的静电电荷的所述预测；以及
输出液体容器(102)中的静电电荷的预测以使得能够基于该预测对液体容器(102)的设计进行验证。
11.根据权利要求10所述的设备，其中，该设备被配置为生成所述可执行代码以使得从包括动量、体积流速、边界条件或体电荷密度的流体动力学模型的数据库接收所选流体动力学模型。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，该设备被配置为生成所述可执行代码以使得从包括传导、对流、扩散或迁移的静电电荷传输模型的数据库接收代表静电电荷守恒的所选静电电荷传输模型。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，该设备被配置为执行所述仿真应用以使得求解液体向所述液体容器(102)中转移期间和之后的所选静电电荷传输模型。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，该设备被配置为生成所述计算机几何模型以使得生成有限元模型，该有限元模型包括由通过节点互连的有限元的集合建模的系统。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，该设备被配置为求解液体向所述液体容器(102)中转移期间的所选静电电荷传输模型以使得针对节点中的每个节点，从该每个节点提取数据并使用液体向所述液体容器(102)中转移期间的所述静电电荷传输模型求解该每个节点处的电势。
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