【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及几何自由面流动模拟，尤其涉及一种复杂几何自由面流动多分辨率数值模拟方法及系统。
技术介绍
1、复杂几何的自由面流动数值模拟是工业上的难点，现有方法主要基于欧拉网格方法，首先对三维计算区域划分体网格，然后在体网格上离散控制方程，求解自由面流动。这样的做法处理复杂几何较为困难，需要耗费大量精力去处理复杂几何的网格划分，而且欧拉网格方法需要特殊的技术捕捉网格内的自由面，较难处理自由面断裂和破碎。无网格拉格朗日方法无需生成网格，且拉格朗日框架可以用移动粒子自动捕捉自由面，非常容易处理自由面的变形问题。目前常用的无网格拉格朗日方法包括移动粒子半隐式方法和光滑粒子流体动力学方法，但是精度低、稳定性差而且求解效率较低，在工业上实际应用时有所限制。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种复杂几何自由面流动多分辨率数值模拟方法及系统，能够克服无网格拉格朗日方法在计算精度、稳定性和求解效率方面的困难。
2、本专利技术所采用的第一技术方案是：一种复杂几何自由面流动多分辨率数值模拟方法，包括以下步骤：
3、取复杂几何面网格和流体粒子，并进行初始化，生成几何壁面粒子；
4、根据角度扫描方法对流体粒子进行判定，得到自由面流体粒子；
5、对自由面流体粒子进行自由面单位法向量计算，并结合自由面法向移动距离生成虚拟粒子；
6、基于虚拟粒子和最小二乘法计算最小二乘导数模型；
7、基于最小二乘导数模型计算粘
8、构建流体粒子位移修正向量，并对流体粒子的位置进行修正，得到修正的位置；
9、基于修正的位置和流体粒子直径调整流体粒子分辨率。
10、进一步，所述读取复杂几何面网格和流体粒子，并进行初始化，生成几何壁面粒子这一步骤，其具体包括：
11、读取复杂几何面网格和流体粒子，并计算流体粒子与复杂几何面网格的最短距离；
12、如果所述最短距离小于流体粒子的影响域半径，则在复杂几何面网格距离流体粒子最近的点上生成几何壁面粒子。
13、进一步，所述根据角度扫描方法对流体粒子进行判定，得到自由面流体粒子这一步骤，其具体包括：
14、按照角度对流体粒子的影响域进行均分，得到若干子域；
15、对若干子域进行遍历，得到包含其他流体粒子的子域占比；
16、基于包含其他流体粒子的子域占比和占比阈值的对比结果将该流图粒子判定为自由面流体粒子。
17、进一步，所述自由面单位法向量，其计算表达式如下：
18、
19、
20、其中，ni表示自由面单位法向量，ωi表示影响域粒子的集合，rj表示流体粒子j的位置向量，ri表示流体粒子i的位置向量，wij表示核函数，d表示流体粒子的平均粒子直径，rij表示流体粒子i到流体粒子j的距离向量。
21、进一步，所述基于最小二乘导数模型计算粘性力和表面张力，并根据流体粒子的重力、粘性力、表面张力更新流体粒子的速度和位置这一步骤，其具体包括：
22、基于最小二乘导数模型计算粘性力和表面张力，并根据流体粒子的重力、粘性力、表面张力计算流体粒子的临时速度；
23、压力泊松方程采用最小二乘导数模型离散，通过离散的压力泊松方程求解粒子压力和压力梯度；
24、基于压力梯度和流体粒子的临时速度计算流体粒子的最终速度；
25、基于流体粒子的最终速度计算流体粒子的位置。
26、通过该优选步骤，提高无网格方法计算中流体粒子的整体离散精度；
27、进一步，所述流体粒子位移修正向量，其表达式如下：
28、δri＝δri,1+δri,2
29、
30、
31、
32、其中，δri表示流体粒子位移修正向量，δri,1表示调整流体粒子分布均匀度的向量，δri,2表示根据邻近流体粒子的数值密度调整流体粒子位置的向量，λshift表示修正系数，d表示流体粒子的平均粒子直径，di表示流体粒子i的数值密度，ni表示自由面单位法向量，d′i表示可变影响域内流体粒子i的数值密度，dj表示流体粒子j的数值密度，d0表示流体粒子临近粒子充满影响域时的数值密度，wij表示核函数，rij表示流体粒子i到流体粒子j的距离向量。
33、通过该优选步骤，根据流体粒子到复杂几何面网格的距离将流体粒子分为三类，通过保体积守恒的可变影响域粒子位移修正方法，提高无网格方法求解自由面流动的计算稳定性。
34、进一步，所述基于修正的位置和流体粒子直径调整流体粒子分辨率这一步骤，其具体包括：
35、计算修正的位置与复杂几何网格的最短距离；
36、如果所述最短距离小于加密距离阈值，且流体粒子直径大于平均直径，则将该类流体粒子均分成若干个小粒子；
37、如果所述最短距离大于加密距离阈值、流体粒子直径小于平均直径的一半，并且流体粒子的影响域内直径小于平均直径的一半的流体粒子数目大于设定阈值数目，则将该若干类流体粒子合并成大粒子。
38、通过该优选步骤，在复杂几何附近采用小粒子，远离复杂几何的计算区域采用大粒子，根据粒子的位置可以自动分裂和合并，通过自适应多分辨率技术提高计算效率。
39、本专利技术所采用的第二技术方案是：一种复杂几何自由面流动多分辨率数值模拟系统，包括：
40、粒子初始化模块，用于读取复杂几何面网格和流体粒子，并进行初始化，生成几何壁面粒子；
41、角度扫描模块，用于根据角度扫描方法对流体粒子进行判定，得到自由面流体粒子；
42、虚拟粒子生成模块，用于对自由面流体粒子进行自由面单位法向量计算，并结合自由面法向移动距离生成虚拟粒子；
43、最小二乘导数模块，基于虚拟粒子和最小二乘法计算最小二乘导数模型；
44、位置计算模块，基于最小二乘导数模型计算粘性力和表面张力，并根据流体粒子的重力、粘性力、表面张力更新流体粒子的速度和位置；
45、位置修正模块，用于构建流体粒子位移修正向量，并对流体粒子的位置进行修正，得到修正的位置；
46、分辨率调整模块，基于修正的位置和流体粒子直径调整流体粒子分辨率。
47、本专利技术方法、系统的有益效果是：本专利技术针对自由面流体粒子首先根据自由面法向生成虚拟粒子，将虚拟粒子参与自由面粒子的导数算子计算，提高无网格方法的整体离散精度；根据流体粒子到复杂几何面网格的距离改变影响域来计算位移修正向量，能保证流体粒子分布的均匀性，结合保体积守恒项可同时保证计算过程中的体积守恒，大幅度提高计算稳定性；根据到复杂几何的距离自动改变粒子分辨率，大幅度提高计算效率；最终克服无网格拉格朗日方法在计算精度、稳定性和求解效率方面的困难。
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1.一种复杂几何自由面流动多分辨率数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种复杂几何自由面流动多分辨率数值模拟方法，其特征在于，所述读取复杂几何面网格和流体粒子，并进行初始化，生成几何壁面粒子这一步骤，其具体包括：
3.根据权利要求1所述一种复杂几何自由面流动多分辨率数值模拟方法，其特征在于，所述根据角度扫描方法对流体粒子进行判定，得到自由面流体粒子这一步骤，其具体包括：
4.根据权利要求1所述一种复杂几何自由面流动多分辨率数值模拟方法，其特征在于，所述自由面单位法向量，其计算表达式如下：
5.根据权利要求1所述一种复杂几何自由面流动多分辨率数值模拟方法，其特征在于，所述基于最小二乘导数模型计算粘性力和表面张力，并根据流体粒子的重力、粘性力、表面张力更新流体粒子的速度和位置这一步骤，其具体包括：
6.根据权利要求1所述一种复杂几何自由面流动多分辨率数值模拟方法，其特征在于，所述流体粒子位移修正向量，其表达式如下：
7.根据权利要求1所述一种复杂几何自由面流动多分辨率数值模拟方法，其特
8.一种复杂几何自由面流动多分辨率数值模拟系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种复杂几何自由面流动多分辨率数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种复杂几何自由面流动多分辨率数值模拟方法，其特征在于，所述读取复杂几何面网格和流体粒子，并进行初始化，生成几何壁面粒子这一步骤，其具体包括：
3.根据权利要求1所述一种复杂几何自由面流动多分辨率数值模拟方法，其特征在于，所述根据角度扫描方法对流体粒子进行判定，得到自由面流体粒子这一步骤，其具体包括：
4.根据权利要求1所述一种复杂几何自由面流动多分辨率数值模拟方法，其特征在于，所述自由面单位法向量，其计算表达式如下：
5.根据...
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