專利名稱：一種快速確定固相顆粒所在氣相非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣固兩相流動(dòng)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬領(lǐng)域，具體涉及一種快速確定固相顆粒 所在氣相非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的方法
背景技術(shù)：
氣固兩相流動(dòng)廣泛存在于能源、化工、環(huán)保等領(lǐng)域，隨著計(jì)算機(jī)速度的大幅提高， 氣固兩相流動(dòng)的計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)也隨之快速發(fā)展，并在生產(chǎn)實(shí)際中發(fā)揮出越來(lái)越重要 的作用。在氣固兩相流動(dòng)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬中，一種行之有效的措施是將氣相場(chǎng)和固相顆粒 場(chǎng)分開處理，分別采用歐拉方法和拉格朗日方法進(jìn)行數(shù)值模擬，這樣可以充分提高計(jì)算效 率和增加數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。在計(jì)算離散顆粒所受的氣體曳力以及顆粒對(duì)氣相流場(chǎng)反作用 的求解過(guò)程中，必須獲得顆粒所處當(dāng)?shù)貧庀嗑W(wǎng)格的信息，如當(dāng)?shù)貧怏w流速等。對(duì)于復(fù)雜外形 幾何體的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，如何準(zhǔn)確、快速判斷顆粒所處的當(dāng)前網(wǎng)格，是一個(gè)難題。目前大多采 用對(duì)多個(gè)非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行數(shù)據(jù)平均的方法加以解決，該過(guò)程將不可避免地犧牲了大量氣相 場(chǎng)信息，降低了計(jì)算精度。若能找到一種快速確定固相顆粒所在氣相非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的方法，則 可使數(shù)值模擬的效率大大提高。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種快速確定固相 顆粒所在氣相非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的方法，能顯著減少顆粒所處非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的搜索次數(shù)，從而大大 提高了氣固兩相數(shù)值計(jì)算的速度和精度。技術(shù)方案為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下 一種快速確定固相顆粒所在氣相非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的方法，包括以下步驟
(1)在氣相計(jì)算所劃分的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格中，另建立一套結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對(duì)整個(gè)計(jì)算區(qū)域加以覆 蓋；其中，結(jié)構(gòu)網(wǎng)格尺度大于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格尺度；
(2)掃描計(jì)算區(qū)域內(nèi)的所有非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，將每個(gè)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格所覆蓋的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的序號(hào) 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)注冊(cè)，建立數(shù)組以備后繼計(jì)算使用；
(3)確定需要搜尋所在非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的離散顆粒所在的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，求解離散顆粒與該結(jié) 構(gòu)網(wǎng)格內(nèi)所有非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的距離，其中最小距離者即為該顆粒所處的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。氣相流場(chǎng)的數(shù)值模擬通常采用二維或三維進(jìn)行，當(dāng)為二維情形進(jìn)行時(shí)，步驟(3) 中，當(dāng)離散顆粒位于結(jié)構(gòu)網(wǎng)格邊沿附近時(shí)，求解離散顆粒與非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)距離的范圍擴(kuò) 大到該結(jié)構(gòu)網(wǎng)格相鄰的8個(gè)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。當(dāng)為三維情形進(jìn)行時(shí)，步驟(3)中，當(dāng)離散顆粒位于結(jié)構(gòu)網(wǎng)格邊沿附近時(shí)，求解離 散顆粒與非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)距離的范圍擴(kuò)大到該結(jié)構(gòu)網(wǎng)格相鄰的26個(gè)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。有益效果本發(fā)明的快速確定固相顆粒所在氣相非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的方法，結(jié)合鄰域搜 索法以及計(jì)算顆粒-網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)最小距離法，對(duì)非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格無(wú)需進(jìn)行平均處理，而是通過(guò)高效分割搜索直接確定顆粒所處的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，大大提高數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性，能顯著減少顆 粒所處非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的搜索次數(shù)，從而大大提高了氣固兩相數(shù)值計(jì)算的速度和精度。



圖1是氣相計(jì)算所劃分的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和及其所覆蓋的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格示意圖。圖2是數(shù)值計(jì)算中搜索離散顆粒所處非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的解釋。實(shí)施例1
氣相流場(chǎng)的數(shù)值模擬通常采用二維或三維進(jìn)行，現(xiàn)以二維情形進(jìn)行敘述，三維情形可 依此類推
(1)對(duì)于氣相計(jì)算所劃分的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，首先另建立一套結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對(duì)整個(gè)計(jì)算區(qū)域加 以覆蓋，如圖1所示，橢圓區(qū)域?yàn)闅庀嘤?jì)算所劃分的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格求解區(qū)域，四邊形為所建立 的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格覆蓋區(qū)域；(2)掃描計(jì)算區(qū)域內(nèi)的所有非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，將每個(gè)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格所覆蓋的 非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的序號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)注冊(cè)，建立數(shù)組以備后繼計(jì)算使用；(3)對(duì)于需要搜尋所在非 結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的離散顆粒，首先確定其所在的附加結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，然后求解顆粒與該結(jié)構(gòu)網(wǎng)格內(nèi)所 有非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的距離，其中最小距離者即為該顆粒所處的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。(4)考慮到當(dāng)顆 粒位于結(jié)構(gòu)網(wǎng)格邊沿附近時(shí)，其所處的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格有可能在結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的相鄰網(wǎng)格內(nèi)產(chǎn)生， 如圖2所示，離散顆粒b所處1號(hào)非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)位于該顆粒所處結(jié)構(gòu)網(wǎng)格A的相鄰結(jié) 構(gòu)網(wǎng)格B中。將上述(3)中所需求解顆粒與非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)距離的范圍擴(kuò)大到該結(jié)構(gòu)網(wǎng)格 相鄰的8個(gè)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格(對(duì)于三維計(jì)算，擴(kuò)大到相鄰的26個(gè)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格區(qū)域)。本發(fā)明的方法利用所建立的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，快速確定顆粒所處的空間位置，并使得對(duì) 非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的搜索范圍大大縮小，以2，000，000個(gè)非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格計(jì)算空間為例，如果采用的 結(jié)構(gòu)網(wǎng)格數(shù)為2，000個(gè)，平均而言，每個(gè)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格覆蓋1，000個(gè)非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，則計(jì)算顆粒到 非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)距離的次數(shù)可從計(jì)算2，000，0000次減少到9，000次(三維情況下減少到 27，000次)，從而大大提高了計(jì)算效率。在實(shí)施上述方法過(guò)程中，要求結(jié)構(gòu)網(wǎng)格尺度大于非 結(jié)構(gòu)網(wǎng)格尺度?？傮w而言，結(jié)構(gòu)網(wǎng)格覆蓋的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格數(shù)目越少，計(jì)算顆粒到非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格節(jié) 點(diǎn)距離的次數(shù)越少，所花費(fèi)的計(jì)算時(shí)間也越短。
權(quán)利要求
一種快速確定固相顆粒所在氣相非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)在氣相計(jì)算所劃分的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格中，另建立一套結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對(duì)整個(gè)計(jì)算區(qū)域加以覆蓋；其中，結(jié)構(gòu)網(wǎng)格尺度大于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格尺度；(2)掃描計(jì)算區(qū)域內(nèi)的所有非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，將每個(gè)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格所覆蓋的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的序號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)注冊(cè)，建立數(shù)組以備后繼計(jì)算使用；(3)確定需要搜尋所在非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的離散顆粒所在的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，求解離散顆粒與該結(jié)構(gòu)網(wǎng)格內(nèi)所有非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的距離，其中最小距離者即為該顆粒所處的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速確定固相顆粒所在氣相非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的方法，其特征在 于步驟(3)中，當(dāng)離散顆粒位于結(jié)構(gòu)網(wǎng)格邊沿附近時(shí)，對(duì)于二維計(jì)算，求解離散顆粒與非 結(jié)構(gòu)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)距離的范圍擴(kuò)大到該結(jié)構(gòu)網(wǎng)格相鄰的8個(gè)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速確定固相顆粒所在氣相非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的方法，其特征在 于步驟(3)中，當(dāng)離散顆粒位于結(jié)構(gòu)網(wǎng)格邊沿附近時(shí)，對(duì)于三維計(jì)算，求解離散顆粒與非 結(jié)構(gòu)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)距離的范圍擴(kuò)大到該結(jié)構(gòu)網(wǎng)格相鄰的26個(gè)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。全文摘要
本發(fā)明公開了一種快速確定固相顆粒所在氣相非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的方法。該方法包括(1)在氣相計(jì)算所劃分的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格中，另建立一套結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對(duì)整個(gè)計(jì)算區(qū)域加以覆蓋；其中，結(jié)構(gòu)網(wǎng)格尺度大于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格尺度；(2)掃描計(jì)算區(qū)域內(nèi)的所有非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，將每個(gè)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格所覆蓋的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的序號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)注冊(cè)，建立數(shù)組以備后繼計(jì)算使用；(3)確定需要搜尋所在非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的離散顆粒所在的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，求解離散顆粒與該結(jié)構(gòu)網(wǎng)格內(nèi)所有非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的距離，其中最小距離者即為該顆粒所處的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。本發(fā)明的方法，大大提高數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性，能顯著減少顆粒所處非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的搜索次數(shù)，從而大大提高了氣固兩相數(shù)值計(jì)算的速度和精度。
文檔編號(hào)G06F19/00GK101964024SQ20101051293
公開日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月20日
發(fā)明者彭正標(biāo), 朱立平, 袁竹林 申請(qǐng)人:東南大學(xué)