[发明专利]一种快速确定固相颗粒所在气相非结构网格的方法

说明书

技术领域

本发明属于气固两相流动计算机数值模拟领域，具体涉及一种快速确定固相颗粒所在气相非结构网格的方法。

背景技术

气固两相流动广泛存在于能源、化工、环保等领域，随着计算机速度的大幅提高，气固两相流动的计算机数值模拟技术也随之快速发展，并在生产实际中发挥出越来越重要的作用。

在气固两相流动计算机数值模拟中，一种行之有效的措施是将气相场和固相颗粒场分开处理，分别采用欧拉方法和拉格朗日方法进行数值模拟，这样可以充分提高计算效率和增加数值模拟的准确性。在计算离散颗粒所受的气体曳力以及颗粒对气相流场反作用的求解过程中，必须获得颗粒所处当地气相网格的信息，如当地气体流速等。对于复杂外形几何体的非结构网格，如何准确、快速判断颗粒所处的当前网格，是一个难题。目前大多采用对多个非结构网格进行数据平均的方法加以解决，该过程将不可避免地牺牲了大量气相场信息，降低了计算精度。若能找到一种快速确定固相颗粒所在气相非结构网格的方法，则可使数值模拟的效率大大提高。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种快速确定固相颗粒所在气相非结构网格的方法，能显著减少颗粒所处非结构网格的搜索次数，从而大大提高了气固两相数值计算的速度和精度。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种快速确定固相颗粒所在气相非结构网格的方法，包括以下步骤：

（1）在气相计算所划分的非结构网格中，另建立一套结构网格对整个计算区域加以覆盖；其中，结构网格尺度大于非结构网格尺度；

（2）扫描计算区域内的所有非结构网格，将每个结构网格所覆盖的非结构网格的序号进行统计注册，建立数组以备后继计算使用；

（3）确定需要搜寻所在非结构网格的离散颗粒所在的结构网格，求解离散颗粒与该结构网格内所有非结构网格节点的距离，其中最小距离者即为该颗粒所处的非结构网格。

气相流场的数值模拟通常采用二维或三维进行，当为二维情形进行时，步骤（3）中，当离散颗粒位于结构网格边沿附近时，求解离散颗粒与非结构网格节点距离的范围扩大到该结构网格相邻的8个结构网格。

当为三维情形进行时，步骤（3）中，当离散颗粒位于结构网格边沿附近时，求解离散颗粒与非结构网格节点距离的范围扩大到该结构网格相邻的26个结构网格。

有益效果：本发明的快速确定固相颗粒所在气相非结构网格的方法，结合邻域搜索法以及计算颗粒-网格节点最小距离法，对非结构网格无需进行平均处理，而是通过高效分割搜索直接确定颗粒所处的非结构网格，大大提高数值模拟的准确性，能显著减少颗粒所处非结构网格的搜索次数，从而大大提高了气固两相数值计算的速度和精度。

附图说明

图1是气相计算所划分的非结构网格和及其所覆盖的结构网格示意图。

图2是数值计算中搜索离散颗粒所处非结构网格示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的解释。

实施例1

气相流场的数值模拟通常采用二维或三维进行，现以二维情形进行叙述，三维情形可依此类推：

（1）对于气相计算所划分的非结构网格，首先另建立一套结构网格对整个计算区域加以覆盖，如图1所示，椭圆区域为气相计算所划分的非结构网格求解区域，四边形为所建立的结构网格覆盖区域；（2）扫描计算区域内的所有非结构网格，将每个结构网格所覆盖的非结构网格的序号进行统计注册，建立数组以备后继计算使用；（3）对于需要搜寻所在非结构网格的离散颗粒，首先确定其所在的附加结构网格，然后求解颗粒与该结构网格内所有非结构网格节点的距离，其中最小距离者即为该颗粒所处的非结构网格。（4）考虑到当颗粒位于结构网格边沿附近时，其所处的非结构网格有可能在结构网格的相邻网格内产生，如图2所示，离散颗粒b所处1号非结构网格的节点位于该颗粒所处结构网格A的相邻结构网格B中。将上述（3）中所需求解颗粒与非结构网格节点距离的范围扩大到该结构网格相邻的8个结构网格（对于三维计算，扩大到相邻的26个结构网格区域）。

本发明的方法利用所建立的结构网格，快速确定颗粒所处的空间位置，并使得对非结构网格的搜索范围大大缩小，以2,000,000个非结构网格计算空间为例，如果采用的结构网格数为2,000个，平均而言，每个结构网格覆盖1,000个非结构网格，则计算颗粒到非结构网格节点距离的次数可从计算2,000,0000次减少到9,000次（三维情况下减少到27,000次），从而大大提高了计算效率。在实施上述方法过程中，要求结构网格尺度大于非结构网格尺度。总体而言，结构网格覆盖的非结构网格数目越少，计算颗粒到非结构网格节点距离的次数越少，所花费的计算时间也越短。