[发明专利]一种面向冲击系统的二维九速离散玻尔兹曼方法及装置

权利要求书

1.一种面向冲击系统的二维九速离散玻尔兹曼方法，其特征在于，包括以下步骤，

S1:根据冲击系统的实际工况，初始化密度、速度和温度的物理场分布，以获得离散玻尔兹曼模型的离散化的平衡态速度分布函数，并将离散化的平衡态速度分布函数的值赋给离散化的速度分布函数；

所述离散玻尔兹曼模型的建立步骤包括，

对玻尔兹曼方程的速度空间进行离散化，得到包含有限个速度的离散玻尔兹曼模型；

基于所述离散玻尔兹曼模型的动理学矩关系，确定宏观物理量的值；

在连续性极限条件下，结合所述动理学矩关系，确定所述离散玻尔兹曼模型的流体力学方程组和非平衡物理量；

所述离散玻尔兹曼模型的控制方程包括，

其中，t为时间，τ为松弛时间，为Hamilton算子，f_i为离散化的速度分布函数，f_i^eq为离散化的平衡态速度分布函数，v_i为离散速度，i＝0,1,2,…,8；

所述离散玻尔兹曼模型的控制方程中v_i的表达式为，

其中，v_a为常数；

S2:计算所述离散玻尔兹曼模型中的碰撞项和对流项；

S3:将所述碰撞项和所述对流项的数值结果代入所述离散玻尔兹曼模型中，并更新所述速度分布函数；

S4:根据所述速度分布函数，计算密度、速度、温度和压强，并确定动理学矩关系；

S5:基于计算的密度、速度、温度和所述动理学矩关系,计算所述平衡态速度分布函数的值；

S6:判断时间迭代步数是否满足预设的条件；

S7:若所述时间迭代步数满足条件，则输出预先设定的物理量的值。

2.根据权利要求1所述的面向冲击系统的二维九速离散玻尔兹曼方法，其特征在于，所述判断时间迭代步数是否满足预设的条件后，还包括以下步骤，

若所述时间迭代步数不满足条件，则返回至步骤S2进行迭代循环。

3.根据权利要求1所述的面向冲击系统的二维九速离散玻尔兹曼方法，其特征在于，所述宏观物理量包括流体密度、流速和能量，所述流体密度ρ、所述流速u_α和所述能量E的数学表达式分别为，

其中，v_i为离散速度的大小，v_iα为离散速度在α方向的分量，u_α为宏观流速在α方向的分量，η_i描述系统额外自由度所对应的内能，并且α＝x,y。

4.根据权利要求3所述的面向冲击系统的二维九速离散玻尔兹曼方法，其特征在于，所述离散玻尔兹曼模型的流体力学方程组包括，

其中，压强p＝ρT，温度u＝|u|为宏观流速的大小，比热比D＝2为几何空间维度数，I表示额外自由度，并且α＝x,y；β＝x,y，δ为狄拉克函数，u_β为宏观流速在β方向的分量。

5.根据权利要求3所述的面向冲击系统的二维九速离散玻尔兹曼方法，其特征在于，所述离散玻尔兹曼模型的非平衡物理量包括非组织动量通量和非组织能量通量，所述非组织动量通量和所述非组织能量通量的表达式分别为，

其中，对应非组织动量通量，对应非组织能量通量，为离散速度相对于流速u的本动速度，为本动速度在α方向的分量，为本动速度在β方向的分量。

6.根据权利要求1所述的面向冲击系统的二维九速离散玻尔兹曼方法，其特征在于，所述基于计算的密度、速度、温度和所述动理学矩关系,计算所述平衡态速度分布函数的值的步骤包括，

将所述平衡态速度分布函数的所述动理学矩关系统一为矩阵形式；

通过矩阵求逆的方法求解所述平衡态速度分布函数。