[發明專利]一種基于物理的海上溢油實時交互模擬方法

有效

• 申請號: 201811015093.X
• 申請日: 2018-08-31
• 公開（公告）號: CN109033712B
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 尹勇;鄒長軍;孫霄峰;神和龍;劉秀文;任鴻翔;張秀鳳;任俊生;肖方兵
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

1.一種基于流體力學的海上溢油實時交互模擬方法，其特征在于：先將海上溢油作為一種流體進行統一處理，然后采用基于流體力學的方法進行數值模擬，具體包括以下步驟：

A、基于多相流方法的海上溢油模擬

式(1)為多相流控制方程組；式中，p為壓強；V為速度矢量；ρ為密度；μ為粘性系數；f為外力；其中C_k為第k相的體積分數，所有相體積分數之和為1；k為第k相；n為多相流中相的總數量；D為可擴散流體中體積分數的擴散系數，用于調節該系數控制擴散相的擴散速度；t為時間；C為體積分數；▽為散度；式(1)由五個方程構成，其中第一、第二個方程為流場控制方程；第三、第四個方程為密度和粘性滿足的約束條件；第五個方程為體積分數控制方程，該方程為采用基于VOF模型的多相流模型進行多相流模擬的方程，所述的VOF模型即流體體積函數模型；

求解式(1)時，采用網格離散方法進行數值求解，根據離散網格節點所在網格中的位置進行編號，并通過編號為該網格節點分配GPU線程；也就是將多相流控制方程組的求解分配到一個個單獨的GPU線程中進行并行求解；

B、海上溢油與圍油欄的交互

海上溢油與圍油欄交互通過邊界條件來實現；在流體力學的流場計算中，邊界障礙條件是通過邊界條件反應到流場中的；因此，利用基于帶符號距離函數方法即SDF方法的圍油欄離散方法來實現海上溢油與圍油欄之間的交互；在流體模擬中，流體運動控制方程采用Navier-Stokes方程即NS方程，即式(1)所示的第一個和第二個方程；NS方程求解采用壓力投影算法進行，其中壓力修正方程如式(2)所示；邊界條件的處理在投影過程中進行處理，如式(2)所示，假設grid(j，i)為流體，j、i分別為網格節點橫向和縱向坐標索引，而相鄰網格節點可能有固體障礙或者自由液面存在，壓力修正方程離散后得到：

其中，u、v分別為橫向縱向速度分量；p為網格節點的壓力；與圍油欄交互通過控制網格節點的p_i+1,j、p_i-1,j、p_i,j+1、p_i,j-1壓力系數進行處理；

求解式(2)時，分別將每個網格節點的計算分配到一個單獨的GPU線程中，實現并行求解加速，即根據網格節點所在網格位置進行索引計算，根據索引進行線程分配；

C、如果模擬的運行時間滿足要求，則轉向步驟D，否則轉向步驟A繼續進行模擬；

D、結束。