一种基于特征的流场间断捕捉方法技术

本发明专利技术公开了一种基于特征的间断捕捉方法，包括：将所求解问题的计算区域进行网格剖分；计算所求解问题的数值解在空间单元内的单元平均值；计算空间单元的双曲(向量)守恒律方程的特征平均值；构造空间单元的关于其特征平均值的单元左侧加权平均值和单元右侧加权平均值；计算空间单元的指示子的输出值，进而判断空间单元是否属于间断单元。本发明专利技术利用人工神经网络的计算机技术，结合双曲守恒律方程的特征性质，构造了一个单隐藏层的人工神经网络(ANN)间断(激波)指示子，可应用于数值模拟流体的激波问题以及间断(激波)位置的捕捉。

【技术实现步骤摘要】
一种基于特征的流场间断捕捉方法
本专利技术属于计算流体力学数值方法领域，特别涉及一种基于双曲守恒律方程的特征性质的间断(激波)捕捉方法，可以应用于流体激波问题的数值模拟和间断(激波)位置捕捉。
技术介绍
随着计算机技术的发展，高精度数值格式在飞行器复杂流动数值模拟中越来越受到人们的关注。然而，高精度数值格式(包括有限差分、有限体积、有限元等方法)在处理间断(激波)问题时，可能会产生非物理振荡，从而引起高阶数值格式崩溃。因此，高效且稳定的高精度数值格式的关键技术之一，就是其在处理间断(激波)问题时的间断(激波)捕捉技术。目前已有的多种间断(激波)捕捉技术，大多都是从数值振荡和解的变差角度来捕捉间断(激波)的。例如，基于TVB限制器的坏单元指示子，通过高阶量在单元边界处的累积值来判断单元内部是否存在振荡；以及基于WENO重构以及人工粘性等技术的间断指示子，主要通过解的变差大小来捕捉间断。上述间断捕捉技术都比较鲁棒，但是在某些情况下会额外捕捉一些性质好的单元，导致数值格式的低效或者降阶。因此，准确捕捉间断(激波)的位置，进而采取有效的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于特征的流场间断捕捉方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1.根据实际流场建立流体控制方程，并设定初边值条件进行流体控制方程的求解，将所求解问题的计算区域进行网格剖分，生成结构网格或者非结构网格；/nS2.结合高阶数值格式计算所求解问题的数值解u在网格的空间单元I

【技术特征摘要】
1.一种基于特征的流场间断捕捉方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.根据实际流场建立流体控制方程，并设定初边值条件进行流体控制方程的求解，将所求解问题的计算区域进行网格剖分，生成结构网格或者非结构网格；
S2.结合高阶数值格式计算所求解问题的数值解u在网格的空间单元Ie内的单元平均值
S3.利用空间单元Ie的单元平均值计算空间单元Ie的双曲守恒律方程的特征平均值
S4.利用网格的几何拓扑关系，分别构造空间单元Ie的关于其特征平均值的单元左侧加权平均值和单元右侧加权平均值
S5.将空间单元Ie的单元左侧加权平均值和单元右侧加权平均值带入人工神经网络指示子模型中，计算空间单元Ie的指示子的输出值进而判断空间单元Ie是否属于间断单元；
S6.修正间断单元内的数值解，并进行时间迭代，以解达到定常解或者要求时间节点的数值解；
S7.用可视化软件对步骤S6中所解达到的定常解或者要求时间节点的数值解和步骤S5中计算的指示子输出值进行可视化模拟，观测流场各参数变化以及流体间断位置。


2.一种基于特征的流场间断捕捉方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.根据实际流场建立流体控制方程，并设定初边值条件进行流体控制方程的求解，将所求解问题的计算区域进行网格剖分，生成结构网格或者非结构网格；
S2.结合高阶数值格式计算所求解问题的数值解u在空间单元Ie内的单元平均向量值其中每个分量的单元平均值为
S3.利用空间单元Ie的单元平均向量值计算空间单元Ie的向量双曲守恒律方程的特征平均向量值其中，为真正非线性特征值；
S4.利用网格的几何拓扑关系，分别构造空间单元Ie的关于其特征平均向量值的单元左侧加权平均值和单元右侧加权平均值
S5.将步骤S4中构造的空间单元Ie的加权平均值带入人工神经网络指示子模型中，计算空间单元Ie的向量指示子的输出值分别为关于空间单元Ie的特征值的指示子的输出值，进而判断空间单元Ie是否属于间断单元；
S6.修正间断单元内的数值解，并进行时间迭代，以解达到定常解或者要求时间节点的数值解；
S7.用可视化软件对步骤S6中所解达到的定常解或者要求时间节点的数值解和步骤S5中计算的指示子输出值进行可视化模拟，观测流场各参数变化以及流体间断位置。


3.根据权利要求1或2所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘铁钢，冯亦葳，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11