[發明專利]一種適用于多分辨率粒子法的自由表面識別方法

在審

• 申請號: 202110223899.3
• 申請日: 2021-03-01
• 公開（公告）號: CN113011075A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 王麗珠;徐敏;蔣勤;張茜;劉晴;王在峰;張戈
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06F111/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 向文

本發明公開了一種適用于多分辨率粒子法的自由表面識別方法，包括如下步驟：選取計算域范圍，確定計算域的空間維度，以及影響域面積占比計算所在平面；得到所有粒子的初始空間位置，確定用于自由表面判別的影響域半徑；確定影響域任一粒子所占影響域面積；確定自由表面粒子影響域面積占比判別標準；借助靜水模擬，選取最優影響域半徑以及內部流體粒子的影響域面積占比參考值，確定影響域面積占比判別公式，確定最終的多分辨率條件下的自由表面粒子判別方法。本發明通過計算目標粒子影響域被鄰域粒子占據的面積，擺脫核函數的限制，能夠準確地識別出多分辨率條件下自由表面粒子，解決多分辨率條件下自由表面粒子無法識別或錯誤識別的問題。

技術領域

本發明涉及計算流體力學和海洋水動力數值模擬領域，具體涉及一種適用于多分辨率粒子法的自由表面識別方法。

背景技術

粒子法，作為一種新穎的無網格數值計算方法，出現于20世紀70年代。相比于傳統的網格法，它起步相對較晚，但是從90年代開始，該方法就進入了高速發展的階段，尤其是近十年，很多學者專注于該方法的研究以及其應用領域的擴展。目前，該方法已成功應用于計算流體力學、核工程、水利工程、海岸工程、海洋工程、船舶工程、材料工程、生命科學等多個領域。由此可見，無論是在學術研究領域還是在實際工程領域，粒子法都具備良好的發展空間和應用前景。

另一方面，作為一種極具發展潛能的數值計算方法，在粒子法中仍然存在許多問題和挑戰，如非物理壓力振蕩、粒子不均勻分布、離散算子的守恒性和一致性、計算效率等問題。特別需要指出的是，粒子法的計算成本較高、效率偏低，這也是目前限制該方法用于大尺度實際問題的重要難點之一。如何提高粒子法的計算效率、擴大計算域范圍是目前粒子法發展中的重要課題之一。在諸多方法探索中，多分辨率方法將是未來突破該瓶頸的重要手段之一。在多分辨率粒子法中，粒子尺寸不再保持一致，故而現有的以核函數為基礎的自由表面識別方法也將不再適用。因此，如何解決自由表面識別問題是推廣多分辨率粒子法過程中亟需突破的關鍵技術之一。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，提供一種適用于多分辨率粒子法的自由表面識別方法，其通過計算目標粒子影響域被鄰域粒子占據的面積，擺脫核函數的限制，能夠準確地識別出多分辨率條件下自由表面粒子，解決多分辨率條件下自由表面粒子無法識別或錯誤識別的問題。

技術方案：為實現上述目的，本發明提供一種適用于多分辨率粒子法的自由表面識別方法，包括如下步驟：

S1：根據研究對象，選取計算域范圍，確定計算域的空間維度(垂向二維或空間三維)，以及影響域面積占比計算所在平面；

S2：確定各區域的大小和空間分辨率，得到所有粒子的初始空間位置，確定用于自由表面判別的影響域半徑；

S3：根據目標粒子和相鄰粒子的空間位置以及影響域指定范圍，確定影響域任一粒子所占影響域面積；

S4：計算目標粒子影響域范圍內各粒子所占面積之和，確定自由表面粒子影響域面積占比判別標準；

S5：借助靜水模擬，選取最優影響域半徑以及內部流體粒子的影響域面積占比參考值，確定影響域面積占比判別公式，結合自由表面粒子壓力判別標準，確定最終的多分辨率條件下的自由表面粒子判別方法。

進一步地，所述步驟S1具體為：

A1：根據研究對象和研究目標，確定計算域的空間維度Ds和計算范圍；

A2：根據選取的空間維度Ds，判別是否需要執行平面投射；若Ds＝3(即計算域為三維空間)，則需要執行平面投映；若Ds＝2(即計算域為二維空間)，則不需要執行平面投映，直接跳至步驟S2；

A3：執行平面投映：