[發明專利]一種改進的布置均勻粒子的方法

無效

• 申請號: 201410019496.7
• 申請日: 2014-01-15
• 公開（公告）號: CN103793598A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 雷娟棉;黃燦;王鎖柱;何建東;鄭志偉
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于計算力學技術領域，涉及一種改進的布置均勻粒子的方法。

背景技術

光滑粒子動力學(smooth?particle?hydrodynamic)是一種純無網格方法，在眾多的無網格方法中，光滑粒子動力學具有很多獨特的優勢，這些優勢使得光滑粒子動力學被廣泛的應用于固體和流體領域。本發明能夠為光滑粒子動力學在計算之前獲得一個均勻分布的粒子場，對提高光滑粒子動力學計算結果的精度和穩定性以及加快計算的收斂具有重要的意義。

1977年Gingold和Monaghan，及Lucy首次利用光滑粒子動力學解決天體物理問題。然而基于光滑粒子動力學方法的流動模擬目前仍主要是二維問題，而且通常是較為簡單的邊界，造成這一問題的眾多原因之一就是光滑粒子動力學在處理復雜邊界形狀問題時難以得到一個初始分布均勻的粒子場。目前很少有人對光滑粒子動力學布置均勻粒子的方法進行研究。基于核函數的歸一特性和對稱特性，2012年Colagrossi等人提出了一種光滑粒子動力學粒子均勻化算法。然而Colagrossi等人提出的粒子均勻化算法存在著一些問題：

(1)固體邊界周圍較大范圍內流體粒子的位置都會發生變動;

(2)粒子的均勻程度依賴光滑長度與初始粒子間距的比值;

(3)邊界附近的流體粒子可能會穿透固體表面。

基于2012年Colagrossi等人提出的粒子均勻化算法，本發明通過速度修正以及添加邊界力模型，構建了一種改進的布置均勻粒子的方法，利用該方法能夠對任意邊界形狀的計算域快速地布置均勻粒子，并且有效的解決了流體粒子穿透固體表面的問題。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述已有技術的缺陷，實現更快速、更均勻、更方便的分布均勻的粒子和避免前處理計算時流體粒子穿透固體壁面，提出了一種改進的布置均勻粒子的方法。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

提出了一種改進的布置均勻粒子的方法，具體實現步驟如下：

步驟1、布置流體粒子和邊界粒子，對粒子的物理屬性初始化。

1.1、布置流體粒子和邊界粒子

一般外形物體繞流計算的流場域可用一個封閉區域和物面之間的區域來表示。先在整個封閉區域內布上均勻的流體粒子；然后去除邊界上和物面內的流體粒子；最后在外邊界和固壁邊界上布置均勻的邊界粒子。

1.2、對粒子的物理屬性初始化

給出粒子的質量m、密度ρ、光滑長度h(一般取為略大于初始粒子間距的值)，粒子的初始速度v=0。

步驟2、搜索粒子對，計算核函數。

計算所有粒子之間的距離r=|x_i-x_j|，x_i和x_j分別表示任意i粒子和j粒子的坐標。核函數有很多種，這里以三次樣條核函數為例，通過公式(1)計算核函數W的值，R是基于光滑長度h進行無量綱化后的粒子間距，R=|x_i-x_j|/h，為了滿足正則化條件，在一維、二維和三維中αd分別取為1/h，15/7h²和3/2h³。。