基于粒子水平集的强冲击物质界面高精度捕捉方法技术

本申请公开了一种基于粒子水平集的强冲击物质界面高精度捕捉方法，涉及多相流数值模拟领域，该方法在基于粒子水平集的方法进行界面捕捉时，利用半拉格朗日法进行时间维度的一阶离散，利用半拉格朗日法或有限体积法进行空间维度的离散来求解Level

【技术实现步骤摘要】
基于粒子水平集的强冲击物质界面高精度捕捉方法


[0001]本申请涉及多相流数值模拟领域，尤其是一种基于粒子水平集的强冲击物质界面高精度捕捉方法。

技术介绍

[0002]物质界面的捕捉和处理是多相流数值模拟的核心问题，特别是对于水下爆炸等强冲击极端条件的可压缩多相流体，界面可能会发生相当复杂的拓扑结构变化，例如破碎、聚并和翻转等，这极大地增加了数值模拟的困难。目前的物质界面描述方法可以分为拉格朗日方法和欧拉方法。拉格朗日方法直接追踪流体质点的运动，能够准确跟踪界面变化，处理间断无数值耗散，但是难以处理复杂界面形状变化，且计算效率相对较低，同时还存在张力不稳定、粒子聚集等问题。欧拉方法通过构造一个额外变量的输运方程来重构或者直接捕捉界面位置和形状，可以很容易处理复杂界面拓扑结构变化，且具有较高计算效率，因而被广泛应用于界面描述。故对于水下爆炸等强冲击可压缩多相流体模拟，非常宜采用欧拉方法描述。
[0003]在欧拉描述方法框架下，主要有两大类模拟方法：1)将物质界面视为一个有限厚度的扩散带，主要是引入混合模型描述界面，例如γ
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于粒子水平集的强冲击物质界面高精度捕捉方法，其特征在于，所述强冲击物质界面高精度捕捉方法包括：对强冲击可压缩多相流的流场计算域进行网格划分得到若干个网格单元；根据构造的Level
‑
Set方程确定时间步t0时的强冲击物质界面Γ(t0)穿过的网格单元作为界面网格，并初始化各个界面网格内的粒子的粒子信息；在任意时间步t
n
，根据时间步t
n
的粒子信息、将时间步t
n
的粒子吸引到当前时间步的强冲击物质界面Γ(t
n
)上，n是起始值为0的参数；利用半拉格朗日法进行时间维度的一阶离散，利用半拉格朗日法或有限体积法进行空间维度的离散，求解Level
‑
Set方程和粒子输移方程，得到各个网格单元的各个网格点在时间步t
n+1
的距离指示函数值，以及时间步t
n+1
的粒子信息；根据各个网格点在时间步t
n+1
的距离指示函数值和时间步t
n+1
的粒子信息确定逃逸粒子，并得到逃逸粒子在所在网格单元的网格点法线上的投影，修正网格点在时间步t
n+1
的距离指示函数值；对流场计算域的距离指示函数值进行重新初始化，并得到时间步t
n+1
的强冲击物质界面Γ(t
n+1
)；令n＝n+1，并再次执行所述根据时间步t
n
的粒子信息、将时间步t
n
的粒子吸引到当前时间步的强冲击物质界面Γ(t
n
)上的步骤，直至求解完成所有时间步，完成对强冲击可压缩多相流的强冲击物质界面的捕捉。2.根据权利要求1所述的强冲击物质界面高精度捕捉方法，其特征在于，修正网格点在时间步t
n+1
的距离指示函数值的方法包括：确定逃逸粒子所在的网格单元的各个网格点，对于任意一个网格点，确定所述网格点与所述逃逸粒子的粒子中心的连线在所述逃逸粒子的边界上的交点，计算所述交点在所述网格点的法线上的投影点的坐标，当所述投影点的坐标位于所述逃逸粒子所在的网格单元内时，利用所述逃逸粒子的粒子信息修正所述网格点在时间步t
n+1
的距离指示函数值。3.根据权利要求2所述的强冲击物质界面高精度捕捉方法，其特征在于，对于坐标为X
P
、半径为r
P
逃逸粒子所在的网格单元中坐标为X的网格点，确定所述网格点与所述逃逸粒子的粒子中心的连线在所述逃逸粒子的边界上的交点在所述网格点的法线上的投影点的坐标为：X
′
＝X+γproj
n
(X
P
‑
X)；其中，proj
n
(X
P
‑
X)表示将(X
P
‑
X)投影到坐标为X的网格点的法向n上，是基于坐标为X的网格点的距离指示函数值确定的法向。4.根据权利要求2所述的强冲击物质界面高精度捕捉方法，其特征在于，修正网格点在时间步t
n+1
的距离指示函数值的方法包括：当所述逃逸粒子为逃逸正粒子时，确定所述逃逸正粒子对附近的网格点的校正值为
并按照对所述网格点在时间步t
n+1
的距离指示函数值进行修正；当所述逃逸粒子为逃逸负粒子时，确定所述逃逸负粒子对附近的网格点的校正值为并按照对所述网格点在时间步t
...

【专利技术属性】
技术研发人员：初东阳，周章涛，戎宇飞，刘国振，
申请(专利权)人：深海技术科学太湖实验室，
类型：发明
国别省市：