[发明专利]一种基于流体力学连续方程的速度场快速修正方法及装置

摘要

本发明公开了一种基于流体力学连续方程的速度场快速修正方法及装置，速度场快速修正装置，包括连续方程离散形式模块、速度场散度计算模块、求导算子分解模块、速度场重构模块，速度场快速修正方法通过对一维求导算子的矩阵的特征值分解，实现了对修正速度场的直接计算，得到的速度场在离散形式下处处满足连续方程，且是对原始速度场的最保守的修正，本发明能大大提高计算效率，降低了内存的消耗，使得修正方法具有更大的适用性。

主权项

1.一种基于流体力学连续方程的速度场快速修正方法，具体包括以下几个步骤：步骤101：确定连续方程的离散形式；具体为：设不可压缩流动的TPIV测量结果是分布在nx×ny×nz规则结构网格结点上的3D3C瞬时速度场，Δx,Δy,Δz是x,y,z三个方向的网格间距，设u,v,w是三个速度分量，流体力学连续方程为假设u在网格结点(i,j,k)上的取值为u^ijk，相应的取值为在网格内部结点采用中心差分格式，在边界上采用前向或者后向差分格式，相应的偏导数计算公式为：简写为其中，∑是求和符号，i'是遍历的指标索引，Dnxii'是下列矩阵Dnx的i行i'列元素求导算子矩阵D_nx与速度场的偏导数计算有关，另外两项偏导数也写为：其中，j',k'是遍历的指标索引，分别为在网格结点(i,j,k)上的取值，D_ny^jj'D_nx^kk'分别是下面矩阵的j(k)行j'(k')列元素连续方程的离散形式为：步骤102：计算原始速度场的散度；具体为：速度场散度通过公式计算得到，S_o^ijk是原始速度场散度在结点(i,j,k)处的数值，根据D_nx^ii'D_ny^jj'D_nx^kk'得到速度场散度；其中：uo,vo,wo分别是实验测量的原始速度场uo的三个速度分量，下标o表示原始实验测量的结果；步骤103：对矩阵DnxDnxT,DnyDnxT,DnzDnxT进行特征值分解；具体为：其中：Φnx,Φny,Φnz分别是DnxDnxT,DnyDnxT,DnzDnxT的特征向量矩阵，设相应的Φnxmn,Φnymn,Φnzmn分别表示Φnx,Φny,Φnz的m行n列元素；Λnx,Λny,Λnz是特征值矩阵；Λnxl,Λnyl,Λnzl分别表示Λnx,Λny,Λnz的第l个对角元；通过对DnxDnxT,DnyDnxT,DnzDnxT三个矩阵进行分解，得到了正交的特征向量矩阵；步骤104：完成对速度场的修正；具体为：Γijk＝Λnxi+Λnyj+Λnzk    (12)其中，Φnxmn,Φnymn,Φnzmn与Λnxl,Λnyl,Λnzl为求导算子的特征值与特征向量，Soi'j'k'是原始实验速度场散度，(i,j,k)(i',j',k')(l,m,n)均为三个方向的坐标索引，取值范围均为(1～nx,1～ny,1～nz)；Γijk与μijk是计算的中间变量，令Γijk所有零元素均改为任意非零数字；最终得到修正速度场：ucijk,vcijk,wcijk。