[發明專利]面向非定常三維流場渦結構的智能分析方法

無效

• 申請號: 201110246452.4
• 申請日: 2011-08-25
• 公開（公告）號: CN102323965A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 解利軍;李明;宋廣華;鄭耀
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術領域

本發明涉及流場數據分析技術領域，尤其涉及一種非定常三維流場的渦結構自動分析方法。

背景技術

流體的渦旋運動是工程和自然界中普遍存在的一種流動現象，對產品設計有重要的影響。例如，在機翼周圍產生的渦，既有可能增強其升力，也有可能產生強烈的湍流，導致結構疲勞和失效。在汽車周圍產生的渦會增加阻力，產生噪音，并且有可能在雨中影響視線。因此，分析渦的生成、運動、變化規律非常重要。

當前學界對定常條件下渦的生成機制及其穩定性已有一般共識，但對非定常情況下渦運動的機理還在繼續探索之中。?對于非定常復雜流場，常規的分析方法主要是可視化技術，如流線、跡線抽取，等值面抽取，體繪制和紋理映射等。但流線、跡線等矢量可視化方法在復雜流場中很難選定適當的種子點來表達流場的整體特征，結果往往含有大量冗余信息。等值面和顏色映射主要針對標量場，可以反應激波等特征的位置，但對于矢量場分析作用較少，同時等值面的合理取值也需要反復手工嘗試。體繪制和紋理映射具有較好的繪制效果，能顯示流場某些方面的全局信息，但體繪制主要針對標量數據，紋理映射主要針對2維和2.5維空間數據，對于高維復雜矢量場的描述能力都非常有限。

為了更好地了解流場的特征和規律，近年來流場拓撲結構特征的抽取和可視化技術得到了廣泛的發展和應用。對于渦的運動，流場特征抽取的基本思想是將流場中的渦結構單獨分割出來，去除掉其他非關鍵的流域，這樣能顯著提高流場分析的效率。這種方法對穩態數據非常有效，但對非定常時序數據，雖然可以通過動畫的形式演示，但由于特征的數目非常多，很難直接觀測到流動發展的全貌。

發明內容

為了避免傳統可視化技術在降維過程中遇到的信息遺漏或顯示過度復雜等問題，本發明為計算流體力學軟件的后處理部分提供一種非定常三維流場渦結構的智能分析方法。

本發明的面向非定常三維流場渦結構的智能分析方法的實現，其特征是包括以下步驟：

（1）獲取流體計算數據；

（2）利用渦檢測算法檢測流場中渦結構的位置；

（3）進行渦的度量，計算渦的幾何參數、動力學參數、統計參數等屬性；?

（4）使用渦核匹配的方法對渦的運動進行跟蹤，形成渦狀態變化圖，對渦狀態變化圖進行標號，渦的狀態變化圖中每個節點代表一個時間步中的一個渦結構，節點屬性是渦結構的各種度量特征，這樣渦的狀態變化圖將復雜的時序三維場數據映射為了二維有向無環圖；

（5）對該狀態圖進行頻繁子圖挖掘，能夠將狀態圖中經常出現的模式抽取出來，以分析對應流場中渦的運動規律。

（6）通過步驟（2）-（5）所獲得的流場渦結構的各種信息，作為CFD軟件后處理部分可視化的輸入或者后處理部分數據挖掘的輸入用來分析流場渦結構的變化規律。

本發明的有益效果在于：

1.為不定常三維流場渦結構的分析提供了一種智能化的解決方案，可以從數據中快速高效的尋找有價值的信息。能夠輔助工程師更好地進行產品設計和性能分析。

2.采用基于渦核匹配的渦結構跟蹤算法，匹配精確高、速度快。

3.應用圖挖掘技術分析渦結構狀態變化圖，能夠自動尋找渦結構的變化規律。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。

圖1為面向非定常流場渦結構分析框架圖；

圖2為渦結構的特征圖；

圖3?為渦結構狀態變化圖；

圖4列車隧道三維模型全景圖；

圖5數據挖掘頻繁子圖，其中，（a）為渦結構跟蹤圖中所有頂點標號為v的?頻繁子圖；（b）為頂點按照z大小標號為z1-z10的頻繁子圖；（c）為頂點按照長度length大小標號為length1-length10的頻繁子圖。

具體實施方式

1.獲取流體計算數據；

計算流體力學的數據的獲得要幾何建模、劃分網格、求解器求解幾個步驟。幾何建模需要通過實際工程測繪獲得精確的幾何模型的尺寸，包括實際幾何模型的長、寬、高、半徑等幾何信息，利用幾何建模軟件建立幾何模型；根據實際計算的需要，將幾何模型劃分成許多網格單元；計算求解階段根據流體運動的基本方程質量守恒、動量守恒、能量守恒定律進行求解，獲得流場數據的計算結果。

2.利用渦檢測算法檢測流場中渦結構的位置；