[發明專利]一種基于曲線坐標的并行粒子追蹤方法和裝置

有效

• 申請號: 202110370636.5
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN112765871B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 關清帝;梁劍寒;張林;陳文武;王玉奇
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06F30/28;G06F30/23;G06F113/08;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

本申請涉及一種基于曲線坐標的并行粒子追蹤方法、裝置、計算機設備和存儲介質。所述方法包括：建立進行粒子追蹤的流體模型，初始化所述流體模型的網格；所述網格為局部網格結構、全局網格非結構的多塊網格，所述局部網格為結構化的曲線網格，每個局部網格對應一個計算分區，每個所述曲線網格對應的曲線坐標系不同。在局部網格內基于曲線坐標直接實現定位與追蹤，在多個局部網格間基于塊與塊之間的拓撲信息實現粒子的坐標轉換與通信，最終實現全局的粒子追蹤。采用本方法能夠實現塊結構網格下相對簡潔的數據結構和粒子追蹤實現過程，同時也很好的處理了分區間復雜拓撲問題，數值實現簡潔，計算效率高，十分適合拉格朗日方法的大規模并行計算。

技術領域

本申請涉及計算流體力學領域，特別是涉及一種基于曲線坐標的并行粒子追蹤方法、裝置、計算機設備和存儲介質。

背景技術

在計算流體力學中，拉格朗日粒子方法是研究流體力學問題的一種重要手段，廣泛應用在兩相流、光滑粒子方法以及拉格朗日隨機方法等問題的研究中。在歐拉網格中，通過拉格朗日粒子處理固（液）相是計算流體力學中常見的問題。拉格朗日粒子可以精確處理湍流擴散等空間輸運問題，消除了網格方法引起的數值擴散問題。雖然粒子方法提供了許多潛在的優勢，但這種方法也產生了許多需要解決的問題。其中比較核心的問題就是如何實現網格中粒子的定位和追蹤。目前的網格-粒子方法中，根據采用的網格和粒子追蹤策略，可以簡單分為兩類，一類是基于結構網格的粒子追蹤方法，另一類是基于非結構網格的粒子追蹤方法。

基于結構網格的搜索-定位過程復雜，需要重復多次的向量計算來判斷粒子是否在當前網格中，而且在并行計算中，由于分區間的網格信息需要進行通信，因此結構網格塊與塊之間的搜索過程更加復雜且難以應用到復雜的網格拓撲中。非結構網格下的粒子追蹤存在的問題是，需要設計基于面的數據結構，其在追蹤過程中需要粒子到各個邊（面）的垂直距離，數值實現相對復雜，而且每個粒子都要進行大量的定位計算，計算效率較低，非結構網格另一個問題就是計算精度也相對較低。傳統的粒子追蹤方法，不論是基于結構還是非結構網格的追蹤方法，均涉及粒子物理坐標與網格物理坐標間復雜的向量計算，尤其在三維計算中，粒子追蹤過程更加復雜耗時。

因此，現有的粒子追蹤方法存在導致拉格朗日方法的并行效率較低的問題。

發明內容

基于此，有必要針對上述技術問題，提供一種提高拉格朗日方法并行計算效率的基于曲線坐標的并行粒子追蹤方法、裝置、計算機設備和存儲介質。

一種基于曲線坐標的并行粒子追蹤方法，所述方法包括：

建立進行粒子追蹤的流體模型，初始化所述流體模型的網格；所述網格為局部網格結構、全局網格非結構的多塊網格，所述局部網格為結構化的曲線網格，每個所述局部網格對應一個計算分區，每個所述曲線網格對應的曲線坐標系不同；

獲取待追蹤粒子在第一局部網格中的第一曲線坐標，當前跟蹤步結束時，對未穿越邊界的待追蹤粒子，根據所述第一曲線坐標得到待追蹤粒子在所述第一局部網格中的第二曲線坐標，對穿越至第二局部網格的待追蹤粒子，根據所述第一曲線坐標，以及所述第一局部網格和所述第二局部網格對應的曲線坐標系的轉換關系，得到所述待追蹤粒子在所述第二局部網格中的第二曲線坐標；

根據所述第二曲線坐標，得到所述待追蹤粒子所在的網格索引。

在其中一個實施例中，還包括：在所述獲取待追蹤粒子在第一局部網格中的第一曲線坐標之后，獲取追蹤時間；

計算所述待追蹤粒子到所述第一局部網格和所述第二局部網格的邊界的距離，以及到達所述邊界的穿越時間；

當所述穿越時間大于等于所述跟蹤時間，待追蹤粒子不會穿越所述第一局部網格的邊界；

當所述穿越時間小于所述跟蹤時間，待追蹤粒子將穿越所述第一局部網格的邊界。