一种可实现非遍历式求解的无网格粒子方法技术

一种可实现非遍历式求解的无网格粒子方法，先建立物理分析模型和控制层网络模型；再构造无网格物理层粒子分布模型，对物理层分析模型内的物理场分布采用粒子化方式离散，所构造物理层分析模型是基于拉格朗日思想的无网格粒子化分散模型：然后基于两层粒子化无网格模型的物理场求解，使用了上层控制层网络与下层物理场网络的两层数据结构，使用少数量的控制层粒子存储物理场信息，指导多数量的物理场粒子实现粒子化无网格求解计算：本发明专利技术实现对非稳态流场、非稳态热流耦合场等复杂物理场进行高效数值分析，解决物理场方程中高阶偏微分项的计算问题。项的计算问题。项的计算问题。

【技术实现步骤摘要】
一种可实现非遍历式求解的无网格粒子方法


[0001]本专利技术属于复杂物理场数值分析方法
，具体涉及一种可实现非遍历式求解的无网格粒子方法。

技术介绍

[0002]近年来，得益于先进制造技术与电子制造工艺的迅猛发展，电力电子、航空航天、核能动力等先进行业逐渐将所研发产品向功能复杂化方向发展，这些领域常常需要对热控模块与环控模块中流体工质的调控分配、对流换热等问题进行快速、高效和精确的数值分析，实现当前设计结构的性能和可靠性估计并为后续修改、设计提供指导方向。这些与流体相关的物理场分析问题往往涉及到复杂的多物理场耦合计算，考虑到技术实现难度和时间成本等问题，工程以及学术界通常以数值分析代替对其的解析求解。
[0003]在解决边界规则、容易划分的稳态流动系统的数值分析计算问题时，工程上常采用发展成熟的基于网格计算的有限元方法，但网格法在解决非稳态流动问题或边界复杂的稳态流动问题时常出现残差不收敛、计算精度下降、计算成本大幅增加等现象；为此，有人提出模拟质点运动的无网格粒子化数值计算方法，其代表方法是光滑质点流体动力学(SPH)方法。S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可实现非遍历式求解的无网格粒子方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立物理分析模型和控制层网络模型：1.1)构造几何构型的控制层网络模型：分析待求解物理问题的控制方程，控制方程中偏微分项的最高阶次记为n，然后导入计算域的真实几何构型；通过分析法提炼、定义能够表征计算域范围、各边界形状的控制点，所定义的控制点数量必须足够描述计算域的边界形状，选取一种插值函数作为基函数，建立起控制点与设计域边界曲的数学插值关系；对已经建立的数值分析模型，插入额外的几何控制点来提升计算域局部的基函数阶次，实现曲线与局部区域的细化，以适应设计域局部复杂的湍流变化过程，得到求解物理问题的物理分析模型；1.2)划分结构化控制点，施加边界约束条件：在步骤1.1)所得的控制层网络基础上，基于等参元变换原理，采用单元离散整个设计域；根据边界控制点所携带的物理信息，提取并细化边界层网格；选取模型边界，划分结构化壁面控制点，并根据控制方程，通过形函数施加壁面碰撞边界条件；根据热力学需求，在指定壁面控制点处添加热力学边界条件，完成对结构控制层网格的划分工作；2)构造无网格物理层粒子分布模型：根据步骤1)所得到的控制层网络模型用于承载上层物理信息与计算域几何边界信息，在此基础上应建立物理场层面的物理层分析模型，对物理层分析模型内的物理场分布采用粒子化方式离散，所构造物理层分析模型是基于拉格朗日思想的无网格粒子化分散模型，物理层粒子所承载的物理信息是由相应控制层粒子通过空间位置变换关系、高阶插值关系加权传递；根据初始时刻的控制层物理场状态分布，结合给定的时间步长，获得非稳态物理场随时间推进，逐步发展的过程和计算域内物理场分布状况；物理场内任意空间坐标(u,v,w)上的粒子物理信息经形状函数、等参数变化后的数值离散应遵循关系：其中Φ
ijk
为所选取的高阶插值基函数，a
ij
为上层控制层节点承载的物理信息，A为待求解物理场信息；m,n分别是离散节点编号；3)基于两层粒子化无网格模型的物理场求解：3.1)控制方程数值离散方法与物理量信息赋予：在步骤2)中所建立的无网格物理层粒子分布模型基础上，对连续的物理场控制方程的数值离散；其中，与位置相关的非定常偏微分项应通过插值形状函数、雅可比坐标变换矩阵进行离散，形式如下：进行离散，形式如下：其中(x,y,z)是全局坐标系...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宝童，刘策，马跃，刘庆芳，洪军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：