[發明專利]一種計算雪堆積的方法

在審

• 申請號: 201811310915.7
• 申請日: 2018-11-06
• 公開（公告）號: CN109558645A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 高廣軍;劉明楊;王家斌;朱慧芬;張琰
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 楊斌

本發明公開了一種計算雪堆積的方法，包括以下步驟：1)建立建筑物或運輸工具的模型，在凈風場模式下數值模擬模型周圍流場；2)待流場穩定后，采用離散相模型在計算區域中發射雪粒子，得到雪粒子在區域中的運動軌跡；3)通過堆積厚度計算模型計算在每一迭代過程中雪粒子觸碰模型壁面后的積雪厚度；4)輸出初始積雪厚度為變形網格的控制點表，通過徑向基函數方法生成插值場，賦予所有網格節點新的位移，得到發生變化的雪堆積外形；5)當變形量達到一定程度時對網格進行重構，實現網格自適應過程。本發明將離散相模型與自適應變形網格相結合，提高雪粒子運動預測的準確性，達到預測堆積質量隨時間變化趨勢的目的。

技術領域

本發明屬于防災減災領域，涉及一種模擬雪堆積的數值計算方法，尤其涉及一種利用離散相方法計算雪堆積連續變化過程的方法。

背景技術

在具有大降雪量的地區，雪災已經對運輸，工程和環境等產生了長久的影響。對于建筑物而言，雪粒子會通過地面滾動、躍遷和漂浮等復雜運動狀態最后積聚在建筑物的屋頂上，屋頂承受多樣的荷載而導致崩塌，嚴重時將產生致命的影響。對于交通運輸而言，高濃度雪環境會使得高速列車轉向架區域出現積雪現象，長時間的積累會使得轉向架各部件出現嚴重的積雪結冰現象。積雪結冰現象影響各部件的正常工作，輕微時將迫使列車降雪運行，降低列車運輸效率，嚴重時將會威脅列車行車安全。

雪粒子產生堆積后其外形發生改變，將會引起流場變化，流場的改變又將反饋到雪粒子運動中，又會影響雪堆的外形變化，這是個相互影響的過程。對于此前存在的積雪數值計算方法，其主要通過把雪粒子相設定為連續相再通過與空氣相進行耦合從而計算堆積厚度。對于這個相互影響的過程并不能夠仔細考慮，并且由于雪粒子本身不完全具有連續相性質，考慮為連續相將會影響雪粒子運動軌跡計算的準確性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種計算雪堆積的方法，提高雪粒子運動預測的準確性。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種計算雪堆積的方法，包括以下步驟：

1)建立建筑物或運輸工具的模型，在凈風場模式下數值模擬模型周圍流場；

2)待流場穩定后，采用離散相模型在計算區域中發射雪粒子，得到雪粒子在區域中的運動軌跡；

3)通過堆積厚度計算模型求解在迭代過程中雪粒子觸碰模型壁面后的積雪厚度；

4)輸出初始積雪厚度為變形網格的控制點表，通過徑向基函數方法生成插值場，賦予所有網格節點新的位移，得到發生變化的雪堆積外形；

5)當變形量達到一定程度時對網格進行重構，實現網格自適應過程。

進一步的，步驟1)所述模型經過CAD軟件簡化。

進一步的，步驟1)包括：

11)建立數值計算區域并對其進行離散化處理；

12)在CFD軟件中對離散后的計算區域進行模擬，計算模型周圍的流場；

13)根據實際條件，選擇對應的邊界條件參數，監控模型周圍的氣動參數，穩定于某一值時，停止凈風場計算。

進一步的，步驟2)包括：

21)采用離散相模型對雪粒子建立模型，設定雪粒子物理特性，在計算區域中選擇合理的雪粒子發射位置，以點、線、面等不同方式在計算區域中投放；

22)在模擬計算過程中實時觀察粒子運動情況，分析模型周圍粒子運動特性，初步判斷雪粒子落點以及堆積位置。

進一步的，步驟4)包括：