[發(fā)明專利]一種基于圖卷積的流場(chǎng)重構(gòu)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010225768.4
• 申請(qǐng)日: 2020-03-26
• 公開（公告）號(hào): CN111444614B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝永慧;李云珠;劉天源;張荻
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F113/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發(fā)明公開了一種基于圖卷積的流場(chǎng)重構(gòu)方法，該方法通過對(duì)研究流體域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，將流體域的基礎(chǔ)信息轉(zhuǎn)化為圖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，采用圖卷積提取基礎(chǔ)信息與研究流場(chǎng)(如溫度、壓力、速度和渦量等)之間的映射關(guān)系，完成從基礎(chǔ)信息獲得各項(xiàng)流場(chǎng)的任務(wù)。該方法的優(yōu)勢(shì)在于，一方面，該方法快速重構(gòu)內(nèi)部流場(chǎng)，提高重構(gòu)效率，降低經(jīng)濟(jì)成本，方便人員操作；另一個(gè)方面，該方法通過將網(wǎng)格數(shù)據(jù)處理為圖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的形式，擺脫流場(chǎng)重構(gòu)對(duì)于格數(shù)據(jù)的依賴，同時(shí)突破了流場(chǎng)重構(gòu)的應(yīng)用場(chǎng)景，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)在結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格以及非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的流場(chǎng)重構(gòu)，且不受研究物體幾何形狀的限制，相比于其他重構(gòu)方法有極大的優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于流動(dòng)換熱技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于圖卷積的流場(chǎng)重構(gòu)方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)以及工業(yè)檢測(cè)中，通常采用一系列的測(cè)量設(shè)備進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的檢測(cè)。以熱電偶、壓力應(yīng)變片等為代表的接觸式測(cè)量工具僅可通過一臺(tái)設(shè)備獲得單點(diǎn)信息，若要獲得全局信息需要在測(cè)量物體表面分布大量的測(cè)量設(shè)備，且無法測(cè)量流體域內(nèi)部信息。以紅外輻射、光學(xué)測(cè)量為代表的非接觸式測(cè)量工具，可以完成一臺(tái)設(shè)備獲得區(qū)域信息的任務(wù)，但測(cè)得區(qū)域信息同樣受限于表面。為了解決這一問題，大量的新型測(cè)量技術(shù)涌現(xiàn)。其中，以超聲波為代表的測(cè)量技術(shù)通過合理的多設(shè)備分布可以實(shí)現(xiàn)研究對(duì)象內(nèi)部流場(chǎng)的測(cè)量需求，但是該類設(shè)備價(jià)格昂貴，在復(fù)雜環(huán)境或幾何條件下重構(gòu)效果較差。

近幾年來，隨著深度學(xué)習(xí)方法在各種工程領(lǐng)域的推廣與發(fā)展，越來越多的研究開始關(guān)注卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在流場(chǎng)重構(gòu)上的應(yīng)用。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擅長(zhǎng)從大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中高度提煉特征，可以實(shí)現(xiàn)端到端的流場(chǎng)重構(gòu)任務(wù)。雖然，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以大幅度減少流場(chǎng)重構(gòu)中的人工干預(yù)，完成從已知信息到全局流場(chǎng)的映射，但是卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)要求所研究流域信息必須為格點(diǎn)數(shù)據(jù)并處理成可直接使用的流場(chǎng)矩陣。然而實(shí)際操作中，大部分的研究流域幾何形狀復(fù)雜，通常需要采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行分割，難以處理為格點(diǎn)矩陣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供了一種基于圖卷積的流場(chǎng)重構(gòu)方法，該方法不依賴于格點(diǎn)數(shù)據(jù)格式，通過將流體域的基礎(chǔ)信息轉(zhuǎn)化為圖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，采用圖卷積提取基礎(chǔ)信息與研究特征(如溫度、壓力、速度和渦量等)之間的映射關(guān)系，完成從基礎(chǔ)信息重構(gòu)全局流場(chǎng)的任務(wù)。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

一種基于圖卷積的流場(chǎng)重構(gòu)方法，包括以下步驟：

1)建立研究模型，劃分網(wǎng)格：

建立研究對(duì)象的計(jì)算模型，根據(jù)數(shù)值或?qū)嶒?yàn)需求劃分網(wǎng)格，并記錄網(wǎng)格信息；針對(duì)每一種計(jì)算模型，均可獲得一套網(wǎng)格信息，每套網(wǎng)格信息包括各網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的位置信息L_m,l和網(wǎng)格劃分方式A_m,m；其中，m＝1,2,3...,M，M為該計(jì)算模型的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)總數(shù)，根據(jù)計(jì)算模型網(wǎng)格劃分的不同而不同；l＝1,2,...,L，依次表示計(jì)算模型的位置變量，而L為該計(jì)算模型的已知變量總數(shù)；

2)設(shè)定邊界條件：

設(shè)定研究對(duì)象在每套計(jì)算模型下的邊界條件，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)不同的工況；邊界條件分為兩類：邊界條件若是直接設(shè)定某一個(gè)區(qū)域的流場(chǎng)信息，將其記錄為初始流場(chǎng)F⁰_m,k，其中k＝1,2,3...,K，依次表示研究對(duì)象的流場(chǎng)變量，而K為該研究對(duì)象的流場(chǎng)變量總數(shù)；邊界條件若是間接限定某一個(gè)區(qū)域的流場(chǎng)信息，則通過邊界自編碼器將間接邊界條件B′_m,h映射為間接流場(chǎng)B_m,h，其中h＝1,2,3...,H，依次表示研究對(duì)象的間接邊界條件變量，而H為該研究對(duì)象的間接邊界條件變量總數(shù)；

3)獲得全局流場(chǎng)信息：

根據(jù)步驟1)和步驟2)建立的計(jì)算模型，通過數(shù)值計(jì)算或者實(shí)驗(yàn)獲得該計(jì)算模型的全局流場(chǎng)信息Y_m,k，其中k＝1,2,3...,K，依次表示研究對(duì)象的流場(chǎng)變量，而K為該研究對(duì)象的流場(chǎng)變量總數(shù)；

4)整合并處理數(shù)據(jù)：