[发明专利]一种基于曲线坐标的并行粒子追踪方法和装置

说明书

本申请涉及一种基于曲线坐标的并行粒子追踪方法、装置、计算机设备和存储介质。所述方法包括：建立进行粒子追踪的流体模型，初始化所述流体模型的网格；所述网格为局部网格结构、全局网格非结构的多块网格，所述局部网格为结构化的曲线网格，每个局部网格对应一个计算分区，每个所述曲线网格对应的曲线坐标系不同。在局部网格内基于曲线坐标直接实现定位与追踪，在多个局部网格间基于块与块之间的拓扑信息实现粒子的坐标转换与通信，最终实现全局的粒子追踪。采用本方法能够实现块结构网格下相对简洁的数据结构和粒子追踪实现过程，同时也很好的处理了分区间复杂拓扑问题，数值实现简洁，计算效率高，十分适合拉格朗日方法的大规模并行计算。

技术领域

本申请涉及计算流体力学领域，特别是涉及一种基于曲线坐标的并行粒子追踪方法、装置、计算机设备和存储介质。

背景技术

在计算流体力学中，拉格朗日粒子方法是研究流体力学问题的一种重要手段，广泛应用在两相流、光滑粒子方法以及拉格朗日随机方法等问题的研究中。在欧拉网格中，通过拉格朗日粒子处理固（液）相是计算流体力学中常见的问题。拉格朗日粒子可以精确处理湍流扩散等空间输运问题，消除了网格方法引起的数值扩散问题。虽然粒子方法提供了许多潜在的优势，但这种方法也产生了许多需要解决的问题。其中比较核心的问题就是如何实现网格中粒子的定位和追踪。目前的网格-粒子方法中，根据采用的网格和粒子追踪策略，可以简单分为两类，一类是基于结构网格的粒子追踪方法，另一类是基于非结构网格的粒子追踪方法。

基于结构网格的搜索-定位过程复杂，需要重复多次的向量计算来判断粒子是否在当前网格中，而且在并行计算中，由于分区间的网格信息需要进行通信，因此结构网格块与块之间的搜索过程更加复杂且难以应用到复杂的网格拓扑中。非结构网格下的粒子追踪存在的问题是，需要设计基于面的数据结构，其在追踪过程中需要粒子到各个边（面）的垂直距离，数值实现相对复杂，而且每个粒子都要进行大量的定位计算，计算效率较低，非结构网格另一个问题就是计算精度也相对较低。传统的粒子追踪方法，不论是基于结构还是非结构网格的追踪方法，均涉及粒子物理坐标与网格物理坐标间复杂的向量计算，尤其在三维计算中，粒子追踪过程更加复杂耗时。

因此，现有的粒子追踪方法存在导致拉格朗日方法的并行效率较低的问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种提高拉格朗日方法并行计算效率的基于曲线坐标的并行粒子追踪方法、装置、计算机设备和存储介质。

一种基于曲线坐标的并行粒子追踪方法，所述方法包括：

建立进行粒子追踪的流体模型，初始化所述流体模型的网格；所述网格为局部网格结构、全局网格非结构的多块网格，所述局部网格为结构化的曲线网格，每个所述局部网格对应一个计算分区，每个所述曲线网格对应的曲线坐标系不同；

获取待追踪粒子在第一局部网格中的第一曲线坐标，当前跟踪步结束时，对未穿越边界的待追踪粒子，根据所述第一曲线坐标得到待追踪粒子在所述第一局部网格中的第二曲线坐标，对穿越至第二局部网格的待追踪粒子，根据所述第一曲线坐标，以及所述第一局部网格和所述第二局部网格对应的曲线坐标系的转换关系，得到所述待追踪粒子在所述第二局部网格中的第二曲线坐标；

根据所述第二曲线坐标，得到所述待追踪粒子所在的网格索引。

在其中一个实施例中，还包括：在所述获取待追踪粒子在第一局部网格中的第一曲线坐标之后，获取追踪时间；

计算所述待追踪粒子到所述第一局部网格和所述第二局部网格的边界的距离，以及到达所述边界的穿越时间；

当所述穿越时间大于等于所述跟踪时间，待追踪粒子不会穿越所述第一局部网格的边界；

当所述穿越时间小于所述跟踪时间，待追踪粒子将穿越所述第一局部网格的边界。