[发明专利]一种基于数值模拟的流体中曲面受力分布计算方法

摘要

本发明公开了一种基于数值模拟的流体中曲面受力分布计算方法，在计算模型中，虚拟面与网格交界均具有坐标、尺寸、压强差等网格要素，两者具有相同数学物理意义。虚拟面与网格交界面的区别仅在于是否被概化为曲面。当整个模型在迭代求解时，没有被概化为曲面的网格交界面允许水流通过，而被概化为曲面的虚拟面不允许水流通过。也就是说，在模型计算时，这些虚拟面就是曲面。因此，求出这些虚拟面的受力便能求解出曲面的受力。本发明能准确计算数学模型中曲面的受力分布，并对其进行精细分析；另外，针对曲面受力分布计算量大的特点，本发明计算逻辑与计算机编程逻辑相符，易于编程计算。

主权项

1.一种基于数值模拟的流体中曲面受力分布计算方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采用数学模型计算曲面周围流体的流场、压力场、密度场；2)以网格坐标与网格要素一一对应的形式导出数学模型计算结果；所述计算结果包括曲面附近所有网格点对应的压力、密度、网格类型；3)将x方向、y方向网格对应压强、密度、网格类型按坐标升序排列，z方向网格对应压强、密度、网格类型按坐标降序排列；4)对于任意第i层网格，将该层的每一个网格与相邻的第i+1层对应网格的压强值相减，即得到第i层网格与第i+1层网格所有网格交界面在x方向的压强差5)根据压强差识别第i层与第i+1层每一个网格的网格类型，判定该交界面是否为曲面概化形成的虚拟面；若交界面是虚拟面，则记录下该交界面的位置与压强差；若沿计算方向的连续两个面均为虚拟面，则将第i层网格与第i+2层网格对应的压强值相减，并记录下该交界面的位置与压强差；6)令i＝1,2，……，n‑1，沿x方向对每一层网格重复步骤4)～步骤5)，汇总到曲面在x方向投影的受力分布，即每一个法向为x方向对应的虚拟面上的压强差Δpx,i,j,k；当每一层网格都完成计算并汇总后，进入步骤7)；7)对所有法向为x方向的虚拟面，计算出单位y方向距离的曲面在x方向的总受力分布；对所有法向为x方向的虚拟面，计算出单位z方向距离的曲面在x方向总受力的分布；计算出每一个法向为x方向的虚拟面上的受力；对所有法向为x方向的虚拟面上的受力求和，即得到整个曲面在x方向的总受力；8)沿y方向对每一层网格，执行与步骤4～步骤7)相似的操作，汇总到曲面y方向的压强差分布，即每一个法向为y方向的虚拟面上的压强差Δp_y,i,j,k，计算得每个法向为y方向的虚拟面的受力f_y,i,j,k，法向为y方向的虚拟面在单位x方向的总受力分布f_y,dx，法向为y方向的虚拟面在单位z方向的总受力分布f_y,dz，曲面在y方向的总受力；沿z方向对每一层网格，重复步骤4～步骤7)，汇总到曲面z方向的压强差分布，即每一个法向为z方向的虚拟面上的压强差Δp_z,i,j,k：Δp_z,i,j,k为编号为(i,j,k)的网格在z方向网格交界面上的压强差，p_i,j,k+1为编号为(i,j,k+1)的网格在网格中心处的压强值；ρ_i,j,k为编号为(i,j,k)的网格在网格中心处的密度值；ρ_i,j,k+1为编号为(i,j,k+1)的网格在网格中心处的密度值；z_i,j,k为编号为(i,j,k)的网格在网格中心处的z坐标值；z_i,j,k+1为编号为(i,j,k+1)的网格在网格中心处的z坐标值，计算得每个法向为z方向的虚拟面的受力f_z,i,j,k，法向为z方向的虚拟面在单位x方向的总受力分布f_z,dx，法向为z方向的虚拟面在单位y方向的总受力分布f_z,dy，曲面在z方向的总受力；9)对于曲面所在网格，若网格仅有一个方向的虚拟面，则该曲面在该网格处的压强为此虚拟面的压强；若网格含有2个虚拟面，则曲面在该网格处的压强为两个虚拟面的压强之和；若网格含有x方向、y方向、z方向虚拟面，则曲面在该网格处的压强为三个虚拟面的压强之和；10)对曲面在x方向，y方向，z方向的总受力进行求和，得到曲面的总受力。