一种流体模拟方法、装置、设备、介质及产品

专利2025-10-31  13


本申请属于流体力学领域,尤其涉及一种流体模拟方法、装置、设备、介质及产品。


背景技术:

1、工程流体计算机仿真中,常采用非结构网格有限体积方法。有限体积方法保障数值守恒,且方便植入复杂的流动控制方程,如湍流模式、化学反应方程、空泡与离散相、多流动介质等,在航空、汽车、化工等领域广泛采用。在进行流体模拟时,传统的方式是用最小二乘法或者高斯-格林公式,以获得线性多项式。

2、但是,传统的方式只能通过一次(线性)多项式来重构,为二阶精度。但随着更复杂计算需求,传统方法的空间离散精度阶数无法满足对于空间流体的模拟精度需求。


技术实现思路

1、本申请实施例提供一种流体模拟方法、装置、设备、介质及产品,能够提供流体模拟的精度。

2、一方面,本申请实施例提供一种流体模拟方法,包括:

3、获取非结构网格中各控制体内部的流体参数平均值;所述非结构网格为基于待模拟流体空间生成的;

4、基于有限体积法,对各所述流体参数平均值进行重构,以得到系数未知的初始多项式;

5、在目标泛函取极小值的情况下,确定所述初始多项式的各系数值,得到目标多项式;所述目标泛函为所有控制体交界面的界面跳跃积分(interfacial jump integration,iji)之和,所述iji包括交界的两个所述控制体的所述初始多项式在各方向上的各阶导数,且各方向的导数具有旋转不变性;

6、基于所述目标多项式,确定新的所述流体参数平均值,并返回所述基于有限体积法,对各所述流体参数平均值进行重构,以得到系数未知的初始多项式的步骤,直至满足迭代停止条件;

7、基于更新后的所述流体参数平均值,模拟所述待模拟流体空间的流体流动。

8、另一方面,所述iji中各方向上的各阶导数的系数包括几何权和/或导数权。

9、另一方面,所述几何权为:

10、

11、其中s为界面f的面积,df为界面两侧单元中心的距离,d为计算几何的维度。

12、另一方面,所述初始多项式包括:

13、

14、其中,为所述流体参数平均值,为多项式系数;n(k)为多项式系数的个数,为零均值基函数,x为坐标。

15、另一方面,在二维情况下,所述零均值基函数包括:

16、

17、δxi=(x-xi)/δxi;

18、δyi=(y-yi)/δyi;

19、其中,p,q为基函数的次数,dω为体积微元,xi和yi为所述控制体的形心坐标,δxi和δyi为用来对基函数进行无量纲化的特征尺度。

20、另一方面,在所述待模拟流体空间的流体为定常流动的情况下,所述迭代停止条件包括所述流体参数平均值趋于稳定;

21、在所述待模拟流体空间的流体为非定常流动的情况下,所述迭代停止条件包括更新到目标时间点。

22、再一方面,本申请实施例提供了一种流体模拟装置,所述装置包括:

23、获取模块,用于获取非结构网格中各控制体内部的流体参数平均值;所述非结构网格为基于待模拟流体空间生成的;

24、重构模块,用于基于有限体积法,对各所述流体参数平均值进行重构,以得到系数未知的初始多项式;

25、确定模块,用于在目标泛函取极小值的情况下,确定所述初始多项式的各系数值,得到目标多项式;所述目标泛函为所有控制体交界面的iji之和,所述iji包括交界的两个所述控制体的所述初始多项式在各方向上的各阶导数,且各方向的导数具有旋转不变性;

26、所述确定模块,还用于基于所述目标多项式,确定新的所述流体参数平均值,并返回所述基于有限体积法,对各所述流体参数平均值进行重构,以得到系数未知的初始多项式的步骤,直至满足迭代停止条件;

27、模拟模块,用于基于更新后的所述流体参数平均值,模拟所述待模拟流体空间的流体流动。

28、再一方面,本申请实施例提供了一种流体模拟设备,所述设备包括:处理器以及存储有计算机程序指令的存储器;

29、所述处理器执行所述计算机程序指令时实现如上所述的流体模拟方法。

30、再一方面,本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令,所述计算机程序指令被处理器执行时实现如上所述的流体模拟方法。

31、再一方面,本申请实施例提供了一种计算机程序产品,所述计算机程序产品中的指令由电子设备的处理器执行时,使得所述电子设备执行如上所述的流体模拟方法。

32、本申请实施例提供的流体模拟方法,基于待模拟流体空间生成包括多个控制体的非结构网格,并分别初始化各控制体内部的流体参数平均值。然后基于有限体积法,对各流体参数平均值进行重构,建立系数未知的初始多项式,此时需要对多项式系数求解,具体通过目标泛函实现,目标泛函为所有控制体交界面上的iji之和,iji包括交界的两个控制体的初始多项式在各方向上的各阶导数,且各方向的导数具有旋转不变性。在目标泛函取极小值的情况下,确定初始多项式的各系数值,得到目标多项式;再基于目标多项式,对流体参数平均值进行更新,并返回基于有限体积法,对各流体参数平均值进行重构,建立系数未知的初始多项式的步骤,直至满足迭代停止条件。最后基于更新后的流体参数平均值,模拟待模拟流体空间的流体流动。本申请通过泛函,能够使得重构出来的各控制体的多项式光滑,从而使得计算出来的通量精度更高,最终得到更高精度的流体参数平均值,以满足实际需求。



技术特征:

1.一种流体模拟方法,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的流体模拟方法,其特征在于,所述界面跳跃积分中各方向上的各阶导数的系数包括几何权和/或导数权。

3.根据权利要求2所述的流体模拟方法,其特征在于,所述几何权为:

4.根据权利要求1至3任意一项所述的流体模拟方法,其特征在于,所述初始多项式包括:

5.根据权利要求4所述的流体模拟方法,其特征在于,在二维情况下,所述零均值基函数包括:

6.根据权利要求1所述的流体模拟方法,其特征在于,在所述待模拟流体空间的流体为定常流动的情况下,所述迭代停止条件包括所述流体参数平均值趋于稳定;

7.一种流体模拟装置,其特征在于,所述装置包括:

8.一种流体模拟设备,其特征在于,所述设备包括:处理器以及存储有计算机程序指令的存储器;

9.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令,所述计算机程序指令被处理器执行时实现如权利要求1至7任意一项所述的流体模拟方法。

10.一种计算机程序产品,其特征在于,所述计算机程序产品中的指令由电子设备的处理器执行时,使得所述电子设备执行如权利要求1至7任意一项所述的流体模拟方法。


技术总结
本申请公开了一种流体模拟方法、装置、设备、介质及产品,该方法基于有限体积法,对各流体参数平均值进行重构,建立系数未知的初始多项式。在目标泛函取极小值的情况下,确定初始多项式的各系数值,得到目标多项式;其中,目标泛函为所有控制体交界面上的界面跳跃积分之和,界面跳跃积分包括交界的两个控制体的初始多项式在各方向上的各阶导数,且各方向的导数具有旋转不变性。再基于目标多项式,对流体参数平均值进行更新,并重复上述步骤,直至满足迭代停止条件。最后基于更新后的流体参数平均值,模拟待模拟流体空间的流体流动。本方案使得重构出来的各控制体的多项式光滑,从而使得计算出来的通量精度更高,得到更高精度的流体参数平均值。

技术研发人员:任玉新,王乾
受保护的技术使用者:清华大学
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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