[發明專利]基于鏈接方向人工壓縮的快速湍流數值模擬方法和裝置

有效

• 申請號: 202011572497.6
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112287622B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 楊燦群;郭曉威;番絲江;李超;吳誠堃;范小康;劉毅;趙然;張森
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F113/14;G06F119/14
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

1.一種基于鏈接方向人工壓縮的快速湍流數值模擬方法，其特征在于，所述方法包括：

構建流體模擬的網格模型，獲取初始化輸入信息，根據初始化輸入信息中包含的網格模型的坐標信息，得到鏈接方向人工壓縮方程的管道流分布函數；

通過合成渦算法得到生成的渦的尺寸信息、數量信息和位置信息，根據所述尺寸信息、所述數量信息和所述位置信息得到管道輸入端的波動速度；

根據所述波動速度，通過合成湍流輸入生成算法得到形成湍流所需要的外力項；

通過將所述外力項加入到所述鏈接方向人工壓縮方程的管道流分布函數中，得到在管道流中加入湍流所需要增加的外力項函數；

設置所述管道流分布函數的邊界條件，根據所述邊界條件和所述外力項函數，在GPU中對分布函數進行迭代計算，得到所述網格模型中流體的密度和速度。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，根據所述波動速度，通過合成湍流輸入生成算法得到形成湍流所需要的外力項，包括：

根據所述波動速度，通過合成湍流輸入生成算法得到形成湍流所需要的外力項為：

其中，表示所述外力項，i表示所述外力項在管道流中形成的作用區域內的任一點，表示所述作用區域中i點與所述作用區域中心線的距離，表示積分長度規，表示所述波動速度。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述網格模型為D3Q19模型；

通過將所述外力項加入到鏈接方向人工壓縮方程的管道流分布函數中，得到在管道流中加入湍流所需要增加的外力項函數，包括：

通過將所述外力項加入到鏈接方向人工壓縮方程的管道流分布函數中，得到在管道流中加入湍流所需要增加的外力項函數為：

其中，表示任意19個速度方向，表示時刻在位置處速度方向加入了湍流的管道流分布函數，表示時刻在位置處速度方向的鏈接方向人工壓縮方程的分布函數，表示平衡函數的偶數項，表示時刻在位置處流體的密度，表示一個迭代時間步，表示積分時間規。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，設置所述管道流分布函數的邊界條件，根據所述邊界條件和所述外力項函數，在GPU中對分布函數進行迭代計算，得到所述網格模型中流體的密度和速度，包括：

設置所述管道流分布函數的輸入端邊界條件、輸出端邊界條件和墻邊界條件，根據所述邊界條件和所述外力項函數，在GPU中對分布函數進行迭代計算，得到所述網格模型中流體的密度和速度。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述輸入端邊界條件包括輸入端速度和輸入端密度；所述輸出端邊界條件包括輸出端速度和輸出端密度；

設置所述管道流分布函數的邊界條件，根據所述邊界條件和所述外力項函數，在GPU中對分布函數進行迭代計算，得到所述網格模型中流體的密度和速度，包括：

通過所述初始化輸入信息中包含的平均速度和所述波動速度得到所述輸入端速度；

通過二階精度的外插值方法得到所述輸入端密度；

設置所述輸出端密度為1；

通過二階精度的外插值方法得到所述輸出端速度；

通過格子玻爾茲曼方法中的反彈格式墻邊界條件得到所述墻邊界條件；

根據所述邊界條件和所述外力項函數，在GPU中對分布函數進行迭代計算，得到所述網格模型中流體的密度和速度。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在設置所述管道流分布函數的邊界條件，根據所述邊界條件和所述外力項函數，在GPU中對分布函數進行迭代計算，得到所述網格模型中流體的密度和速度之前，還包括：

通過提高管道流輸入端和輸出端流體的粘度參數，在管道流輸入端和輸出端設置海綿層。