[發(fā)明專利]基于黎曼不變量的SPH入流邊界處理方法

有效

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• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111709197B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設計）人: 林川
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F17/11
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 丘鴻超;蔡學俊

本發(fā)明公開了一種基于黎曼不變量的SPH入流邊界處理方法，包括以下步驟：步驟S1：構(gòu)建包含作為施加入流邊界的SPH粒子的輸入粒子池，構(gòu)建粒子回收系統(tǒng)；步驟S2：對每個入流邊界進行循環(huán)，判斷各處入流邊界是否達到輸入粒子標準；步驟S3：對達到了輸入粒子標準的入域邊界進行粒子輸入，判斷流態(tài)后利用黎曼不變量進行粒子輸入；步驟S4：對入流粒子信息列表進行更新，對粒子回收系統(tǒng)中的控制列表和控制變量進行更新；步驟S5：更新粒子作用信息鏈表；步驟S6：判斷是否完成各輸入邊界循環(huán)。其實現(xiàn)了入流邊界的準確和高效模擬。為滑坡災害當中的碎屑流發(fā)展過程的模型準確構(gòu)建提供了更為有效的方法。

技術領域

本發(fā)明涉及流體力學的工程應用領域，尤其涉及一種基于黎曼不變量的SPH入流邊界處理方法。

背景技術

老圍(LoWai)村位于中國香港新界西南部。2005年8月20號由于強降雨導致老圍(LoWai)村北部發(fā)生了兩處滑坡。滑坡體阻塞了坡趾處的截水渠，隨著截水渠的水位逐漸上升，大量洪水從截水渠上設置的兩處溢流堰流出并流入下游的天然河道。由于河道坡度較大，水流較快，發(fā)生了嚴重的侵蝕作用。大量的土體和塊石被洪水夾帶逐步形成了兩支碎屑流并在下游226m處匯合。最后在溢流堰下游約800m處老圍路上停止并在多處形成了堆積體。

滑坡災害當中的碎屑流發(fā)展過程屬于流體力學當中的入流邊界問題，其處理過程相當繁復。但由于對該過程的模擬和分析對于滑坡災害的預測和預警有很重要的意義，因此需要有一種可靠的方法進行處理。

在計算流體力學領域常見的入流問題中，傳統(tǒng)的處理方法由于未考慮緩流條件下黎曼不變量延特征線恒定這一特點，可能在入流邊界處出現(xiàn)虛擬數(shù)值震蕩，影響了計算的精度和計算程序魯棒性。

光滑粒子流體動力學方法(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)，是一種典型的無網(wǎng)格方法。SPH法利用一系列分散的粒子實現(xiàn)數(shù)值近似過程，是一種Lagrange框架下的無網(wǎng)格粒子方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明提供一種基于黎曼不變量的SPH入流邊界處理方法，該方法克服了傳統(tǒng)網(wǎng)格方法中的局部網(wǎng)格畸變和網(wǎng)格重構(gòu)問題，克服了目前SPH方法在入流邊界處理上可能出現(xiàn)的虛擬數(shù)值震蕩的不利影響。本發(fā)明通過建立基于黎曼不變量的SPH入流邊界處理方法，利用黎曼不變量延特征線恒定的性質(zhì)考慮了域內(nèi)流場變化對邊界的影響，有效減少了入流邊界處的虛擬數(shù)值震蕩、提高計算程序魯棒性，并通過構(gòu)建一套粒子回收系統(tǒng)，降低了入流邊界計算過程對內(nèi)存的占用量，提高了計算效率，實現(xiàn)了入流邊界的準確和高效模擬。為滑坡災害當中的碎屑流發(fā)展過程的模型準確構(gòu)建提供了更為有效的方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具體采用以下技術方案：

一種基于黎曼不變量的SPH入流邊界處理方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：構(gòu)建包含作為施加入流邊界的SPH粒子的輸入粒子池，構(gòu)建粒子回收系統(tǒng)，為后續(xù)粒子回收做準備；

步驟S2：對每個入流邊界進行循環(huán)，判斷各處入流邊界是否達到輸入粒子標準；建立對逐個入流邊界的循環(huán)判斷，可以實現(xiàn)對多處入流邊界的施加；

步驟S3：對達到了輸入粒子標準的入域邊界進行粒子輸入，判斷流態(tài)后利用黎曼不變量進行粒子輸入，每次輸入粒子個數(shù)等于粒子池寬度方向上粒子個數(shù)；

步驟S4：對入流粒子信息列表進行更新，對粒子回收系統(tǒng)中的控制列表和控制變量進行更新；

步驟S5：更新粒子作用信息鏈表，為后續(xù)控制方程的迭代求解做準備；

步驟S6：判斷是否完成各輸入邊界循環(huán)，若未完成，則返回步驟S2判斷下一處入流邊界，若完成，則輸出入流邊界施加結(jié)果。