本发明涉及计算机图形学物理仿真，特别是指一种面向泡沫浮选流程的固液气多相仿真方法及装置。
背景技术：
1、矿产资源是国家战略安全资源的重要组成部分，其中有色金属资源尤为重要。我国有色金属资源虽然种类丰富但品位较低，我国经济的快速发展正面临着有色金属紧缺的挑战。合理的选矿过程是避免有色金属资源浪费、提升矿物资源回收率的必要环节，泡沫浮选是一种重要的选矿方法，我国90％以上的有色金属选矿都会采用泡沫浮选的方法。
2、泡沫浮选是在固态、液态、气态三种物相下进行的物理化学过程。泡沫浮选通过向矿浆中加入不同的选矿药剂，利用矿物颗粒在浮选药剂的作用下表现出的亲疏水性差异，使有用的矿物颗粒附着在气泡上，通过上浮从而与杂质分离的方法。
3、浮选过程需要借助浮选机、浮选柱等浮选设备来完成。浮选机的控制参数对矿物浮选指标和分选效率至关重要，这些控制参数包括搅拌转速、矿浆液位、浮选药剂添加量以及充气量等。在传统浮选生产中，对选矿控制参数的调节主要依靠工人观察浮选泡沫的颜色、大小、流动速度等表观特征信息来判定浮选设备及浮选过程的工作状态是否正常，并根据经验来判定如何调整包括矿浆液位、药剂量、充气量等控制参数。这种调节方式由于受工人经验和技术水平的限制，无法保证设定的浮选机控制参数是最佳值，所以难以保证浮选机及浮选过程的生产效率最大化，并且使得工人劳动强度增大。
技术实现思路
1、为了解决现有技术受工人经验和技术水平的限制，无法保证设定的浮选机控制参数是最佳值，所以难以保证浮选机及浮选过程的生产效率最大化，并且使得工人劳动强度增大的技术问题，本发明实施例提供了一种面向泡沫浮选流程的固液气多相仿真方法及装置。所述技术方案如下：
2、一方面，提供了一种面向泡沫浮选流程的固液气多相仿真方法，该方法由面向泡沫浮选流程的固液气多相仿真设备实现，该方法包括：
3、s1、获取浮选过程中矿浆与浮选药剂构成的多相流，对多相流进行流体动力学与混合物理论分析，建立基于体积分数方法的矿浆与浮选药剂多相流仿真模型；
4、s2、基于仿真模型对浮选过程中充入的空气和泡沫进行仿真，根据泡沫和流体内部存在的受力关系构建统一的计算方法和交互方式，进行泡沫和矿浆间的气液耦合；
5、s3、基于多相流和表面张力仿真方法，结合浮选药剂改变矿物颗粒亲疏水性的属性，构建亲疏水絮团的仿真模型，完成浮选槽内多相流体环境和矿物颗粒间的固液耦合。
6、可选地，步骤s1中，建立基于体积分数方法的矿浆与浮选药剂多相流仿真模型，包括：
7、通过对矿浆与浮选药剂的物理与化学成分分析，设定仿真启动时多相流的多个流相属性；
8、用基于体积分数的多相流粒子法，模拟矿浆与浮选药剂的流体混合与分离过程；
9、根据光滑粒子流体动力学sph法对矿浆与浮选药剂形成的多相流进行动量变化分析，建立基于体积分数方法的矿浆与浮选药剂多相流仿真模型。
10、可选地，步骤s2中，基于仿真模型对浮选过程中充入的空气和泡沫进行仿真，根据泡沫和流体内部存在的受力关系构建统一的计算方法和交互方式，进行泡沫和矿浆间的气液耦合，包括：
11、基于仿真模型，针对浮选泡沫构建气泡模型，为气体粒子施加上浮力；
12、根据泡沫和流体内部存在的受力关系构建统一的计算方法和交互方式，构建表面检测机制在气液界面间计算气-液表面张力和气-液曳力，进行泡沫和矿浆间的气液间的交互和耦合。
13、可选地，根据泡沫和流体内部存在的受力关系构建统一的计算方法和交互方式，构建表面检测机制在气液界面间计算气-液表面张力和气-液曳力，包括：
14、基于气泡模型，通过在气泡内部设定空气粒子固定形状，在气泡表面设定流体粒子实现泡沫之间的交互；
15、使用光滑核函数估算气体粒子周围的液体粒子分布密度，通过计算气体粒子的上下液体密度差构建气体粒子在垂直方向上所受的上浮力；
16、基于覆盖向量构建气泡表面检测机制，确定泡沫表面粒子，在泡沫和矿浆之间设定附着力，获得矿物颗粒在气泡表面的附着现象；
17、根据粒子间相互作用力iif模型，构建满足动量守恒的成对力模型，计算浮选泡沫的气-液表面张力，根据气体粒子和液体粒子的速度差和曳力系数计算气液粒子之间的曳力。
18、可选地，步骤s3中，基于多相流和表面张力仿真方法，结合浮选药剂改变矿物颗粒亲疏水性的属性，构建亲疏水絮团的仿真模型，完成浮选槽内多相流体环境和矿物颗粒间的固液耦合，包括：
19、基于成对力模型计算流体的表面张力，结合接触角和young-laplace方程，获得固液共同作用下矿物颗粒的亲水性和疏水性效果；
20、结合多相流模型的体积分数方案，在混合与分离过程中调整流体表面张力，通过浮选药剂改变矿物颗粒亲疏水性的特征；
21、建立固液双向耦合机制，计算流体-固体和固体-固体之间的界面力,构建亲疏水絮团的仿真模型，完成浮选槽内多相流体环境和矿物颗粒间的固液耦合。
22、可选地，基于成对力模型计算流体的表面张力，结合接触角和young-laplace方程，获得固液共同作用下矿物颗粒的亲水性和疏水性效果，包括：
23、根据young-laplace方程建立接触角余弦值和表面张力之间的关系，计算流体-流体粒子之间和流体-固体粒子之间的成对力；
24、根据固体和液体内部粒子的排布紧密程度差异，确定并调整采样系数，对目标粒子i与所有相邻粒子j的成对力求和计算，获得固液共同作用下矿物颗粒的亲水性和疏水性效果。
25、可选地，建立固液双向耦合机制，计算流体-固体和固体-固体之间的界面力，包括：
26、将刚性颗粒与流体颗粒设定为具有相同的压力值，从固体粒子作用到流体粒子的界面力被镜像作用于各自的固体粒子，进行双向耦合；
27、计算固体粒子接触引起密度偏差，将固体-固体之间的界面力构建为压强力，基于连续性方程，按照雅可比迭代计算压强。
28、另一方面，提供了一种面向泡沫浮选流程的固液气多相仿真装置，该装置应用于面向泡沫浮选流程的固液气多相仿真方法，该装置包括：
29、模型构建模块，用于获取浮选过程中矿浆与浮选药剂构成的多相流，对多相流进行流体动力学与混合物理论分析，建立基于体积分数方法的矿浆与浮选药剂多相流仿真模型；
30、气液耦合模块，用于基于仿真模型对浮选过程中充入的空气和泡沫进行仿真，根据泡沫和流体内部存在的受力关系构建统一的计算方法和交互方式，进行泡沫和矿浆间的气液耦合；
31、固液耦合模块，用于基于多相流和表面张力仿真方法，结合浮选药剂改变矿物颗粒亲疏水性的属性，构建亲疏水絮团的仿真模型，完成浮选槽内多相流体环境和矿物颗粒间的固液耦合。
32、可选地，模型构建模块，用于通过对矿浆与浮选药剂的物理与化学成分分析，设定仿真启动时多相流的多个流相属性；
33、用基于体积分数的多相流粒子法，模拟矿浆与浮选药剂的流体混合与分离过程；
34、根据光滑粒子流体动力学sph法对矿浆与浮选药剂形成的多相流进行动量变化分析，建立基于体积分数方法的矿浆与浮选药剂多相流仿真模型。
35、另一方面，提供一种面向泡沫浮选流程的固液气多相仿真设备，所述面向泡沫浮选流程的固液气多相仿真设备包括：处理器；存储器，所述存储器上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，实现如上述面向泡沫浮选流程的固液气多相仿真方法中的任一项方法。
36、另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现上述面向泡沫浮选流程的固液气多相仿真方法中的任一项方法。
37、本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
38、本发明通过采集现场的多模态数据，针对泡沫浮选过程构建一套完整的物理仿真方法，对矿浆、浮选药剂、矿物颗粒、泡沫等物质进行建模，对整体组成的固液气多相环境中的交互和耦合完成仿真计算，实现泡沫浮选过程可视化。
39、将计算流体力学领域的数值计算方法应用于实际工业辅助过程，实现学科交叉发展。通过对浮选过程中矿浆和浮选药剂之间的相互作用和产生的气泡进行建模和计算，可以准确地模拟和预测泡沫浮选过程中的物理现象和工艺参数，这将有助于优化浮选条件，提高矿物颗粒的回收率和产品质量。
40、对不同控制参数进行仿真实验，通过模拟不同条件下的浮选效果，如改变具体的矿石特性、药剂配比以及设备参数等，优化浮选机的控制参数，大幅度减少工人调整浮选参数的难度和工作强度，同时够减少资源浪费，从而实现浮选品位的提升和浮选效率的提高。
41、本发明技术具有良好的可移植性。本技术不仅适用于面向泡沫浮选流程的仿真分析，还可以推广到其他涉及复杂多相耦合环境的相关计算分析的工业实际应用领域，例如尾矿充填、石油工业、环境修复等。
1.一种面向泡沫浮选流程的固液气多相仿真方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s1中，建立基于体积分数方法的矿浆与浮选药剂多相流仿真模型，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中，基于所述仿真模型对浮选过程中充入的空气和泡沫进行仿真，根据泡沫和流体内部存在的受力关系构建统一的计算方法和交互方式，进行泡沫和矿浆间的气液耦合，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据泡沫和流体内部存在的受力关系构建统一的计算方法和交互方式，构建表面检测机制在气液界面间计算气-液表面张力和气-液曳力，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤s3中，基于多相流和表面张力仿真方法，结合浮选药剂改变矿物颗粒亲疏水性的属性，构建亲疏水絮团的仿真模型，完成浮选槽内多相流体环境和矿物颗粒间的固液耦合，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，基于成对力模型计算流体的表面张力，结合接触角和young-laplace方程，获得固液共同作用下矿物颗粒的亲水性和疏水性效果，包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述建立固液双向耦合机制，计算流体-固体和固体-固体之间的界面力，包括：
8.一种面向泡沫浮选流程的固液气多相仿真装置，其特征在于，所述装置包括：
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述模型构建模块，用于通过对矿浆与浮选药剂的物理与化学成分分析，设定仿真启动时多相流的多个流相属性；
10.一种面向泡沫浮选流程的固液气多相仿真设备，其特征在于，所述面向泡沫浮选流程的固液气多相仿真设备包括：
