[發(fā)明專利]基于重整化的熱仿真數(shù)值計(jì)算方法、裝置及電子設(shè)備

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110031104.9
• 申請(qǐng)日: 2021-01-11
• 公開（公告）號(hào): CN112784455A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫景寶;朱運(yùn)征;謝安桓;張丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 之江實(shí)驗(yàn)室
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G06F119/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 應(yīng)孔月

本發(fā)明公布了一種基于重整化的熱仿真數(shù)值計(jì)算方法、裝置及電子設(shè)備。數(shù)值計(jì)算復(fù)雜材料導(dǎo)熱性能的核心是計(jì)算收斂的溫度場(chǎng)，該過(guò)程需要大量的計(jì)算資源。本發(fā)明通過(guò)重整化群的多尺度變換獲得一系列和目標(biāo)導(dǎo)熱材料結(jié)構(gòu)相似的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，基于最簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)的仿真溫度場(chǎng)，結(jié)合元胞仿真函數(shù)，對(duì)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)映射和計(jì)算，可以快速收斂得到導(dǎo)熱材料的仿真溫度場(chǎng)，基于仿真溫度場(chǎng)可以計(jì)算材料的導(dǎo)熱性能。相比于傳統(tǒng)的數(shù)值計(jì)算方法，本發(fā)明可提升仿真溫度場(chǎng)幾十甚至上百倍的收斂速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)值仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于重整化的熱仿真數(shù)值計(jì)算方法、裝置及電子設(shè)備。

背景技術(shù)

工業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)常需要利用仿真軟件，對(duì)不同材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真模擬，通過(guò)仿真模擬來(lái)獲得目標(biāo)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的功能屬性，常用的仿真模擬有：熱仿真、流場(chǎng)仿真、力學(xué)仿真等。仿真模擬的手段是數(shù)值計(jì)算方法，常用的數(shù)值計(jì)算方法為：有限元法、有限體積法、有限差分法、格子玻爾茲曼方法等。仿真模擬的過(guò)程是：對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)值計(jì)算方法不斷迭代計(jì)算，直到獲得收斂的物理場(chǎng)，利用收斂物理場(chǎng)計(jì)算出目標(biāo)物體的功能屬性。通常來(lái)說(shuō)網(wǎng)格劃分的越細(xì)致，則仿真模擬的精度越高，但網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)增加，相應(yīng)的計(jì)算量會(huì)增加，收斂速度會(huì)變慢，所需要的計(jì)算時(shí)間也會(huì)變長(zhǎng)。仿真模擬過(guò)程的絕大部分時(shí)間，消耗在物理場(chǎng)的迭代計(jì)算。

由于導(dǎo)熱材料的應(yīng)用在各種生活領(lǐng)域中，使得熱仿真最常用的仿真模擬。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，熱結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，為了準(zhǔn)確對(duì)導(dǎo)熱材料進(jìn)行仿真模擬，劃分網(wǎng)格越來(lái)越細(xì)致，數(shù)量也越來(lái)越多，同樣消耗的計(jì)算資源和時(shí)間成本越來(lái)越大。

仿真模擬同樣是數(shù)值孿生的重要組成部分，而時(shí)效性是數(shù)值孿生重要特征，但是當(dāng)功能結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜時(shí)，目前仿真模擬的計(jì)算速度很難達(dá)到需要。

為獲得復(fù)雜結(jié)構(gòu)的熱性能，目前對(duì)加快仿真模擬計(jì)算速度方法，通常是對(duì)有限元法、有限體積法、有限差分法、格子玻爾茲曼方法等數(shù)值計(jì)算方法的優(yōu)化改造，雖然可以提升計(jì)算速度，但提升程度有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例的目的是提供一種基于重整化的熱仿真數(shù)值計(jì)算方法、裝置及電子設(shè)備，以解決對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的數(shù)值仿真時(shí)，存在計(jì)算量大、收斂慢、時(shí)間成本高的問(wèn)題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例所采用的技術(shù)方案如下：

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于重整化的熱仿真數(shù)值計(jì)算方法，包括：

網(wǎng)格劃分步驟，用于對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到單元格集合體，其中每個(gè)單元格只有一種材料屬性，該集合體表征目標(biāo)物體，網(wǎng)格劃分后的目標(biāo)物體視為元胞結(jié)構(gòu)的集合體；

重整化步驟，用于將目標(biāo)物體作為第0級(jí)結(jié)構(gòu)，從第0級(jí)開始，逐級(jí)重整化，獲得一系列的層級(jí)結(jié)構(gòu)，當(dāng)獲得第N級(jí)結(jié)構(gòu)后，重整化結(jié)束，其中N為正整數(shù)；

第一仿真溫度場(chǎng)計(jì)算步驟，用于對(duì)第N級(jí)結(jié)構(gòu)，設(shè)置和目標(biāo)物體相同的溫度邊界條件，在該邊界條件下，計(jì)算第N級(jí)結(jié)構(gòu)的仿真溫度場(chǎng)；

映射溫度場(chǎng)計(jì)算步驟，用于從第N級(jí)開始，基于第n級(jí)的仿真溫度場(chǎng)，其中0n≤N，采用映方式獲得第n-1級(jí)的映射溫度場(chǎng)；

第二仿真溫度場(chǎng)計(jì)算步驟，用于設(shè)置第n-1級(jí)溫度場(chǎng)初始值為所述的映射溫度場(chǎng)，設(shè)置和目標(biāo)物體相同的仿真邊界條件，計(jì)算第n-1級(jí)的仿真溫度場(chǎng)；

迭代步驟，用于重復(fù)映射溫度場(chǎng)計(jì)算步驟和第二仿真溫度場(chǎng)計(jì)算步驟，直至獲得目標(biāo)物體的仿真溫度場(chǎng)；

計(jì)算步驟，用于基于所述仿真溫度場(chǎng)，計(jì)算目標(biāo)物體的導(dǎo)熱性能。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于重整化的熱仿真數(shù)值計(jì)算裝置，包括：

網(wǎng)格劃分模塊，用于對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到單元格集合體，其中每個(gè)單元格只有一種材料屬性，該集合體表征目標(biāo)物體，網(wǎng)格劃分后的目標(biāo)物體視為元胞結(jié)構(gòu)的集合體；