[發明專利]一種凸邊界的內腔真空輻射仿真的高效并行計算方法

有效

• 申請號: 201410601843.7
• 申請日: 2014-10-31
• 公開（公告）號: CN105631064B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 鄭昭虎;龔春葉
• 申請（專利權）人: 北京臨近空間飛行器系統工程研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅

本發明屬于內腔真空輻射仿真方法技術領域，具體是涉及一種基于有限元法的內腔真空輻射仿真的高效并行計算方法。本發明技術方案通過一種基于有限元法的內腔真空輻射仿真的高效并行算法，通過分區并行策略與遍歷優化，實現了內腔真空輻射問題的高效仿真。與傳統的循環遍歷法相比，本發明基于分區并行計算的思想，設計了一種新的針對內腔真空輻射的高效并行計算方法，極大的提高了內腔真空輻射問題的仿真效率。因此，本發明具有較高的實際應用價值和很高的工程應用價值。

技術領域

本發明屬于內腔真空輻射仿真方法技術領域，具體是涉及一種基于有限元法的內腔真空輻射仿真的高效并行計算方法。

背景技術

在工業設計中，需要對大量的熱傳遞問題進行仿真計算。熱傳遞的方式包括傳導、對流與電磁波輻射。對于固體結構的熱傳遞問題的仿真計算中，有限元方法已經成為了主要方法，在壁面溫度邊界條件、熱流邊界條件、對流換熱邊界條件與電磁波輻射邊界條件的各向同性/各向異性材料的熱傳遞仿真中發揮了重要的作用。

對于壁面溫度邊界條件、熱流邊界條件、對流換熱邊界條件與背景輻射條件的各向同性/各向異性材料的熱傳遞仿真，目前以有限元法為代表的計算方法相對成熟，計算效率與并行方法也相對成熟。然而，對于內腔真空輻射問題，涉及到內腔中所有的有限元單元之間的輻射熱傳遞，計算規模較大，并行方法尚不成熟，計算效率與并行效率尚需提高。

因此，亟需設計一種基于有限元方法的內腔輻射仿真的高效并行計算方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于有限元法的內腔真空輻射仿真的高效并行計算方法，實現內腔真空輻射問題的高效仿真。

為了實現這一目的，本發明采取的技術方案是：

一種凸邊界的內腔真空輻射仿真的高效并行計算方法，包括以下步驟：

步驟1、采集具有內腔問題的固體結構的實際外形和物理尺寸，建立三維實體單元的有限元網格；

采集本步驟建立的有限元網格的溫度邊界條件、熱流邊界條件、對流換熱邊界條件的邊界面網格；

步驟2、采集固體結構的熱傳導系數；

采集溫度邊界條件、熱流邊界條件與對流換熱邊界條件的邊界條件值；

其中，溫度邊界條件為邊界溫度值，熱流邊界條件為邊界熱流值，換熱系數邊界條件換熱系數值與已知的流體溫度值；

步驟3、采集內腔輻射邊界條件的邊界面網格；

采集內腔邊界的發射率，記為ε；

步驟4、設置瞬態熱傳遞計算的時間步長；設置計算總時間；

步驟5、基于步驟1建立的三維實體單元的有限元網格，對該網格進行均勻分區；將分區數記為F；

步驟6、基于步驟3采集的內腔輻射邊界條件與步驟5建立的有限元分區網格，采集每個網格分區中對應的內腔邊界條件；

將每個分區中的內腔邊界面記為{U₁,U₂,…,U_F}；

采集每個分區內腔邊界面網格的面積A；

步驟7、基于步驟5的分區數量F，開啟F個并行計算進程，每一個網格分區對應一個計算進程；計算進程號與網格分區號對應；

基于步驟1建立的三維實體單元的有限元網格、步驟1采集的各個邊界條件的邊界面網格、步驟2采集的固體熱傳導系數與各個邊界條件的數值、步驟4設置的瞬態熱傳遞計算的時間步長與步驟5采集的分區網格，進行分區并行的不含內腔輻射值的有限元計算；