[发明专利]基于链接方向人工压缩的快速湍流数值模拟方法和装置

权利要求书

1.一种基于链接方向人工压缩的快速湍流数值模拟方法，其特征在于，所述方法包括：

构建流体模拟的网格模型，获取初始化输入信息，根据初始化输入信息中包含的网格模型的坐标信息，得到链接方向人工压缩方程的管道流分布函数；

通过合成涡算法得到生成的涡的尺寸信息、数量信息和位置信息，根据所述尺寸信息、所述数量信息和所述位置信息得到管道输入端的波动速度；

根据所述波动速度，通过合成湍流输入生成算法得到形成湍流所需要的外力项；

通过将所述外力项加入到所述链接方向人工压缩方程的管道流分布函数中，得到在管道流中加入湍流所需要增加的外力项函数；

设置所述管道流分布函数的边界条件，根据所述边界条件和所述外力项函数，在GPU中对分布函数进行迭代计算，得到所述网格模型中流体的密度和速度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述波动速度，通过合成湍流输入生成算法得到形成湍流所需要的外力项，包括：

根据所述波动速度，通过合成湍流输入生成算法得到形成湍流所需要的外力项为：

其中，表示所述外力项，i表示所述外力项在管道流中形成的作用区域内的任一点，表示所述作用区域中i点与所述作用区域中心线的距离，表示积分长度规，表示所述波动速度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网格模型为D3Q19模型；

通过将所述外力项加入到链接方向人工压缩方程的管道流分布函数中，得到在管道流中加入湍流所需要增加的外力项函数，包括：

通过将所述外力项加入到链接方向人工压缩方程的管道流分布函数中，得到在管道流中加入湍流所需要增加的外力项函数为：

其中，表示任意19个速度方向，表示时刻在位置处速度方向加入了湍流的管道流分布函数，表示时刻在位置处速度方向的链接方向人工压缩方程的分布函数，表示平衡函数的偶数项，表示时刻在位置处流体的密度，表示一个迭代时间步，表示积分时间规。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设置所述管道流分布函数的边界条件，根据所述边界条件和所述外力项函数，在GPU中对分布函数进行迭代计算，得到所述网格模型中流体的密度和速度，包括：

设置所述管道流分布函数的输入端边界条件、输出端边界条件和墙边界条件，根据所述边界条件和所述外力项函数，在GPU中对分布函数进行迭代计算，得到所述网格模型中流体的密度和速度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述输入端边界条件包括输入端速度和输入端密度；所述输出端边界条件包括输出端速度和输出端密度；

设置所述管道流分布函数的边界条件，根据所述边界条件和所述外力项函数，在GPU中对分布函数进行迭代计算，得到所述网格模型中流体的密度和速度，包括：

通过所述初始化输入信息中包含的平均速度和所述波动速度得到所述输入端速度；

通过二阶精度的外插值方法得到所述输入端密度；

设置所述输出端密度为1；

通过二阶精度的外插值方法得到所述输出端速度；

通过格子玻尔兹曼方法中的反弹格式墙边界条件得到所述墙边界条件；

根据所述边界条件和所述外力项函数，在GPU中对分布函数进行迭代计算，得到所述网格模型中流体的密度和速度。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在设置所述管道流分布函数的边界条件，根据所述边界条件和所述外力项函数，在GPU中对分布函数进行迭代计算，得到所述网格模型中流体的密度和速度之前，还包括：

通过提高管道流输入端和输出端流体的粘度参数，在管道流输入端和输出端设置海绵层。