一种用于计算流体动力学分析的搜索方法及其系统技术方案

一种用于计算流体动力学分析的搜索方法及其系统，其搜索方法包括：输入流体的区域轮廓；获取不规则形状的坐标信息；获取不规则形状的最外点；获取不规则形状最大面积的封闭区域的轮廓，并与前一个封闭区域的面积大小进行比较，保存面积较大者；重复直至得到最大面积的封闭区域的轮廓；获取不规则形状中节点的最小封闭区域轮廓；并继续与另一个封闭区域的面积进行比较，保存较小者；获得该节点面积最小封闭区域轮廓；其系统包括：流体特征输入模块、最外点运算模块、最大值计算模块、最小值计算模块和过路参数模块；本方法通过计算面积的方式进行封闭区域的选择，求封闭区域面积比较容易实现，通用性强且运算时间短，消耗资源少。

A search method and system for CFD analysis

【技术实现步骤摘要】
一种用于计算流体动力学分析的搜索方法及其系统
本专利技术涉及流体动力学
，尤其涉及一种用于计算流体动力学分析的搜索方法及其系统。
技术介绍
计算流体动力学是通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。其基本思想是把时间域及空间域上连续的物理量的场，如速度场和压力场，用一系列有限个离散点上的变量值的集合来替代，通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，然后求解方程得到场变量的近似值。现有的区域分块计算方法有很多，但大多是为了在计算机辅助设计中进行简单工程图的填充，其大部分并不适用于快速划分复杂区域轮廓。如种子算法是通过在轮廓区域内部选择一个像素点(种子点)，然后不断向四周扩散获得该区域的轮廓，以达到区域分块的目的。这种方法需要一个个手动设置初始种子点才能进行区域分块，并不适用于计算流体动力学中复杂区域轮廓的快速分块。又如扫描线区域分块方法可以对复杂区域轮廓进行自动划分，但其求交计算速度太慢，并不适用于计算流体力学分析；其通过扫描线从左到右移动，然后以不断求交的方式对区域轮廓进行分块；因为求交运算复杂，且需要逐个像素的扫描，运算缓慢。又如基于拓扑算法的区域划分法，首先通过人机交互输入外轮廓和区域内折线，然后通过求交建立各节点之间的关系，再以顺时针遍历的方式逐个搜索子区域。为了保证路径按顺时针且不包含其他子区域的方式搜索，要对有多个方向的交点进行夹角大小的判断。这种夹角的判断计算仅适用只有直线的情况，如图5；当出现曲线时就无法进行有效的判断，如图6。上述对图形进行区域分块一般基于种子算法、基于扫描线图形区域划分法或基于拓扑结构的区域划分法等。这些算法不是需要手动设置初始参数，就是计算速度慢，或存在不可用于曲线划分的情况，只能适用于少子区域的简单图形区域分块。对于计算流体动力学中的复杂区域轮廓来说，这些方法并不能满足快速计算的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种用于计算流体动力学分析的搜索方法，其通过深度优先的方式进行搜索，并通过计算面积的方式进行封闭区域的选择。本专利技术还提出一种用于计算流体动力学分析的系统，其包括：流体特征输入模块、最外点运算模块、最大值计算模块、最小值计算模块和过路参数模块。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：用于计算流体动力学分析的搜索方法，包括以下步骤：(1)输入流体的区域轮廓，区域轮廓由闭合的不规则形状组成；(2)获取步骤(1)不规则形状中各个节点的坐标信息(x,y)；获取不规则形状的最外点；(3)获取不规则形状最大面积的封闭区域的轮廓，其从不规则形状的最外点出发以深度优先为原则依次经过不规则形状中的节点，形成闭合的路径，计算并保存封闭区域的面积大小，同一路径不能经过同一节点；继续搜索下一个封闭区域，并与前一个封闭区域的面积大小进行比较，保存面积较大者；重复本步骤，直至搜索完所有封闭区域，得到最大面积的封闭区域的轮廓；(4)为两个节点之间的边设定一个代表可通过次数的过路参数；获取不规则形状中节点的最小封闭区域轮廓，其从任意一节点以深度优先为原则出发依次经过不规则形状的节点，依次经过过路参数大于零的边，直至取得一个封闭区域然后计算其面积；并继续搜索下一个封闭区域并计算面积，然后与前一个封闭区域的面积进行比较，保存较小者，相等则保存前者；获得该节点面积最小封闭区域轮廓；若该边为所在封闭区域中外轮廓的外侧边时，该边为过路参数为1；其余内侧边的过路参数为2；同一节点遍历完所有封闭区域之后，得到该节点的面积最小封闭区域轮廓，然后该封闭区域轮廓中所有边的过路参数减1；(5)重复执行步骤(4)，搜索下一个节点的面积最小封闭区域轮廓，直到搜索完所有节点。更进一步说明，步骤(1)具体为，在CAD进行区域轮廓的绘制，使用CAD提供的复杂曲线绘制及求交功能。更进一步说明，所述步骤(2)具体为，首先对坐标信息(x,y)中x值进行排序，x为最小值时的节点坐标就是所求外点；当有多个时x值时，再对y进行排序，取y为最小的节点作为最外点。更进一步说明，步骤(1)中，不规则形状为类型为直线、弧线或两者的组合。更进一步说明，所述步骤(4)具体为，为两个节点之间的边设定一个代表可通过次数的过路参数；获取不规则形状中节点的最小封闭区域轮廓，其最外点以深度优先为原则出发依次经过不规则形状的节点，依次经过过路参数大于零的边，直至取得一个封闭区域然后计算其面积；并继续搜索下一个封闭区域并计算面积，然后与前一个封闭区域的面积进行比较，保存较小者，相等则保存前者；获得该节点面积最小封闭区域轮廓；若该边为所在封闭区域中外轮廓的外侧边时，该边为过路参数为1；其余内侧边的过路参数为2；同一节点遍历完所有封闭区域之后，得到该节点的面积最小封闭区域轮廓，然后该封闭区域轮廓中所有边的过路参数减1。更进一步说明，还包括步骤(6)，对各个面积最小的封闭区域轮廓选择合适的填充图案及网格类型。一种用于计算流体动力学分析的系统，包括：流体特征输入模块、最外点运算模块、最大值计算模块、最小值计算模块和过路参数模块；所述流体特征输入模块，用于输入流体的区域轮廓；所述最外点运算模块，用于获取流体的区域轮廓中各个节点的坐标信息(x,y)；计算出不规则形状的最外点；所述最大值计算模块，用于从最外点对所有封闭区域进行扫描并计算，得到最大面积的封闭区域的轮廓；所述最小值计算模块，用于对一节点的所有封闭区域进行扫描、计算并记录，获得该节点面积最小封闭区域轮廓；所述过路参数模块，用于计算并记录各个边的过路参数的值；并控制最小值计算模块重复对下一个节点执行扫描和计算，直到搜索完所有节点。更进一步说明，所述流体特征输入模块为安装有CAD软件的设备。更进一步说明，所述最外点运算模块首先对坐标信息(x,y)中x值进行排序，x为最小值时的节点坐标就是所求外点；当有多个时x值时，所述最外点运算模块再对y进行排序，取y为最小的节点作为最外点。更进一步说明，还包括：填充模块；所述填充模块，用于对各个面积最小的封闭区域轮廓选择合适的填充图案及网格类型。本专利技术的有益效果：本方法通过计算面积的方式进行封闭区域的选择，求封闭区域面积比较容易实现，即使是曲线也完美适用，通用性强且运算时间短，消耗资源少。附图说明图1是搜索方法中步骤(1)-(3)的示意图；图2是搜索方法中步骤(3)-(4)的示意图；图3是搜索方法中步骤(4)-(5)的示意图；图4是搜索方法中步骤(5)的示意图。图5是基于拓扑算法的区域划分法的示例；图6是基于拓扑算法的区域划分法无法解决的示例；图7是用于计算流体动力学分析的系统示意图。其中：流体特征输入模块1、最外点运算模块2、最大值计算模块3、最小值计算模块4、过路参数模块5、填充模块6。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于计算流体动力学分析的搜索方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)输入流体的区域轮廓，区域轮廓由闭合的不规则形状组成；/n(2)获取步骤(1)不规则形状中各个节点的坐标信息(x,y)；获取不规则形状的最外点；/n(3)获取不规则形状最大面积的封闭区域的轮廓，其从不规则形状的最外点出发以深度优先为原则依次经过不规则形状中的节点，形成闭合的路径，计算并保存封闭区域的面积大小，同一路径不能经过同一节点；继续搜索下一个封闭区域，并与前一个封闭区域的面积大小进行比较，保存面积较大者；重复本步骤，直至搜索完所有封闭区域，得到最大面积的封闭区域的轮廓；/n(4)为两个节点之间的边设定一个代表可通过次数的过路参数；获取不规则形状中节点的最小封闭区域轮廓，其从任意一节点以深度优先为原则出发依次经过不规则形状的节点，依次经过过路参数大于零的边，直至取得一个封闭区域然后计算其面积；并继续搜索下一个封闭区域并计算面积，然后与前一个封闭区域的面积进行比较，保存较小者，相等则保存前者；获得该节点面积最小封闭区域轮廓；/n若该边为所在封闭区域中外轮廓的外侧边时，该边为过路参数为1；其余内侧边的过路参数为2；同一节点遍历完所有封闭区域之后，得到该节点的面积最小封闭区域轮廓，然后该封闭区域轮廓中所有边的过路参数减1；/n(5)重复执行步骤(4)，搜索下一个节点的面积最小封闭区域轮廓，直到搜索完所有节点。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于计算流体动力学分析的搜索方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)输入流体的区域轮廓，区域轮廓由闭合的不规则形状组成；
(2)获取步骤(1)不规则形状中各个节点的坐标信息(x,y)；获取不规则形状的最外点；
(3)获取不规则形状最大面积的封闭区域的轮廓，其从不规则形状的最外点出发以深度优先为原则依次经过不规则形状中的节点，形成闭合的路径，计算并保存封闭区域的面积大小，同一路径不能经过同一节点；继续搜索下一个封闭区域，并与前一个封闭区域的面积大小进行比较，保存面积较大者；重复本步骤，直至搜索完所有封闭区域，得到最大面积的封闭区域的轮廓；
(4)为两个节点之间的边设定一个代表可通过次数的过路参数；获取不规则形状中节点的最小封闭区域轮廓，其从任意一节点以深度优先为原则出发依次经过不规则形状的节点，依次经过过路参数大于零的边，直至取得一个封闭区域然后计算其面积；并继续搜索下一个封闭区域并计算面积，然后与前一个封闭区域的面积进行比较，保存较小者，相等则保存前者；获得该节点面积最小封闭区域轮廓；
若该边为所在封闭区域中外轮廓的外侧边时，该边为过路参数为1；其余内侧边的过路参数为2；同一节点遍历完所有封闭区域之后，得到该节点的面积最小封闭区域轮廓，然后该封闭区域轮廓中所有边的过路参数减1；
(5)重复执行步骤(4)，搜索下一个节点的面积最小封闭区域轮廓，直到搜索完所有节点。


2.根据权利要求1所述的搜索方法，其特征在于，步骤(1)具体为，在CAD进行区域轮廓的绘制，使用CAD提供的复杂曲线绘制及求交功能。


3.根据权利要求1所述的搜索方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为，首先对坐标信息(x,y)中x值进行排序，x为最小值时的节点坐标就是所求外点；当有多个时x值时，再对y进行排序，取y为最小的节点作为最外点。


4.根据权利要求1所述的搜索方法，其特征在于，步骤(1)中，不规则形状为类型为直线、弧线或两者的组合。


5.根据权利要求1-4任意一项所述的搜索方法，其特征在于，所述步骤(4)具体为，为两个节点之间的边设定一个代表可通过次数的过路参数；获取不规...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄东华，李海艳，骆继明，黄运保，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44