[發明專利]渦結構識別方法及系統

有效

• 申請號: 202011594468.X
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112699619B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 禹旻
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京思創大成知識產權代理有限公司 11614
• 代理人: 張立君

本發明公開一種渦結構識別方法及系統。所述渦結構識別方法包括步驟：根據預獲取的流場數據獲取基于渦線實現可視化的渦旋場；對所述渦旋場進行拓撲結構分析，獲取鞍點和焦點；根據所述焦點獲取渦結構的中心位置；根據所述鞍點獲取對應于渦結構輪廓的封閉曲線；根據所述渦結構的中心位置和所述封閉曲線識別相應的渦結構。所述渦結構識別系統包括一一對應實現上述步驟的可視化渦旋場獲取模塊、特征點獲取模塊、中心位置獲取模塊、封閉曲線獲取模塊和渦結構識別模塊。根據本發明，能夠解決現有基于標量流動結構顯示技術的渦結構識別方法因涉及人為設定閾值而不夠客觀的問題。

技術領域

本發明屬于流體力學流場分析領域，更具體地，涉及一種基于流場可?視化和拓撲結構分析的渦結構識別方法及系統。

背景技術

旋渦是自然界最普遍存在的流體運動形式，被稱為流體運動的肌腱。?旋渦包含的物理內容非常豐富，它們的產生、發展和相互作用影響著流體?對于質量、動量和能量的傳遞。因此，由于旋渦在理論和工程實際中的重?要作用，一直是人們研究的對象。

隨著計算能力和試驗技術能力的提升，近年也發展了多種流動顯示技?術，目前主流的渦識別方法有壓力等值面判據、基于速度梯度張量第二不?變量的Q判據、基于速度局部微分性質的λ2判據，旋轉角速度λci判據，?這些標量識別法簡便直觀，但是識別出的渦的數量及尺度依賴于等值面閾?值的選取。Haller等發展了基于動力系統的李雅普諾夫指數方法，以識別三?維流動中含拉格朗日性質的擬序結構，楊越等在此基礎上發展了基于拉格朗日觀點的渦面場方法。但目前為止對于旋渦仍沒有一個嚴格的定義，很?難完整捕獲單個旋渦，阻礙了人們對于流動現象和機理的認識。

提取流動特性，帶有很強的經驗性和片面性，因此，如何可觀有效的?識別渦結構，提取單個旋渦，以幫助研究人員研究旋渦的產生、發展及其?相互作用，對認識流動機理、把握流動特性具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于解決現有基于標量流動結構顯示技術的渦結構識別?方法因涉及人為設定閾值而不夠客觀的問題。

為了實現上述目的，本發明提供一種基于流場可視化和拓撲結構分析?的渦結構識別方法及系統。

根據本發明的第一方面，提供了一種基于流場可視化和拓撲結構分析?的渦結構識別方法。

本發明的基于流場可視化和拓撲結構分析的渦結構識別方法包括以下?步驟：

根據預獲取的流場數據獲取基于渦線實現可視化的渦旋場；

對所述渦旋場進行拓撲結構分析，獲取鞍點和焦點；

根據所述焦點獲取渦結構的中心位置；

根據所述鞍點獲取對應于渦結構輪廓的封閉曲線；

根據所述渦結構的中心位置和所述封閉曲線識別相應的渦結構。

作為優選的是，所述流場數據基于數值模擬或者風洞試驗的方式獲取。

作為優選的是，所述根據預獲取的流場數據獲取基于渦線實現可視化?的渦旋場的步驟包括：

根據所述流場數據獲取速度場；

根據所述速度場獲取渦旋場；

根據確定的渦線對所述渦旋場進行可視化處理。

作為優選的是，所述渦線基于渦線確定方程確定。

作為優選的是，所述對所述渦旋場進行拓撲結構分析，獲取鞍點和焦?點的步驟包括：

在所述渦旋場內任意選取一個二維截面；

在所述二維截面上對流場渦矢量空間分布形態進行二維拓撲分析；

獲取所述二維截面內的目標特征點；