基于无网格法的高精度几何模型粒子离散方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于无网格法的高精度几何模型粒子离散方法、装置及系统，将三维几何模型通过多组面网格进行离散，提取网格节点并生成多个单层壁面粒子，定义法向光滑角度为评判标准，构建可视化离散误差分布图，根据误差图应用变尺度粒子局部嵌套加密技术，在较短的周期内得到精度高且计算资源消耗少的壁面粒子模型。本发明专利技术可视化离散精度评估方法可具体有效的指导加密位置以及加密程度，结合先粗后细的离散方案，缩短了建立高精度壁面粒子模型的时间周期；局部嵌套加密技术克服了传统加密技术较难实现相邻网格模块之间的网格加密突跃的困难，可将局部结构进行独立加密并与其他结构直接组合，实现薄壁结构的高精度离散与法向量的准确计算。法向量的准确计算。法向量的准确计算。

【技术实现步骤摘要】
基于无网格法的高精度几何模型粒子离散方法、装置及系统


[0001]本专利技术属于几何模型粒子离散领域，涉及一种基于无网格法的高精度几何模型粒子离散方法、装置及系统。

技术介绍

[0002]无网格法基于流体质点概念，在拉格朗日框架下采用没有固定拓扑关系的离散粒子代替网格与节点，适用于计算非定常大变形流动，无需对流通域进行分块处理，可整体离散模型、整体求解流场，在工程问题流场计算领域具有较大潜力；然而，复杂形状的三维建模一直是制约无网格粒子法应用于工程实际问题的难点之一，现有研究针对的几何模型大多较为规则且不存在尖角或薄壁结构，使用的壁面边界均是布置三层壁面粒子并使内壁面粒子参与压力计算，但对于存在复杂回转面、尖角以及细长弯扭叶片的工程问题如流体机械的内流仿真，较难用传统方法直接布置，布置精度不足引起的粒子数密度缺失也会导致粒子穿透等非物理现象；基于距离函数的单层壁面模型常用于离散复杂几何壁面，但直接引入距离函数容易导致近壁面流体粒子压力剧烈波动，进而影响计算的稳定性；此外，壁面函数在三维情况较难准确补偿粒子数密度缺失，参与压力计算的边界粒子容易增加计算量。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种基于无网格法的高精度几何模型粒子离散方法、装置及系统，将三维几何模型通过多组面网格进行离散，提取网格节点并生成多个单层壁面粒子模型，定义法向光滑角度为评判标准，构建可视化离散误差分布图，根据误差图应用变尺度粒子局部嵌套加密技术，从而在较短的周期内得到精度高且计算资源消耗少的壁面粒子模型。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0005]基于无网格法的高精度几何模型粒子离散方法，包括：
[0006]步骤1：对三维几何模型进行若干组面网格离散处理，提取网格节点并对应生成壁面粒子模型；
[0007]步骤2：对壁面粒子模型进行处理，得到离散精度数值和离散误差分布图；
[0008]步骤3：观察若干组单分辨率离散误差图，划分部件并确定各部件所需分辨率；
[0009]步骤4：对各部件三维几何模型应用不同分辨率的面网格进行独立离散，获得不同分辨率的粒子模型；
[0010]步骤5：将不同分辨率的粒子模型进行拼接，获取多分辨率粒子模型；
[0011]步骤6：对多分辨率粒子模型进行数据处理，导入离散精度评估程序，获取误差分布图与离散精度数值；
[0012]步骤7：根据误差分布图与离散精度数值判断是否达到所需的离散精度，若是执行步骤8；若否，针对精度不足部件采用高分辨率离散并进行局部嵌套，重复步骤4、步骤5、步
骤6和步骤7；
[0013]步骤8：输出新的壁面粒子模型。
[0014]本专利技术的进一步改进在于：
[0015]步骤1中的若干组面网格中的每一组面网格单元尺寸数均不同，在对三维几何模型进行若干组面网格离散处理之前还包括：确定用于网格单元尺寸数，生成尺寸序列。
[0016]面网格为非结构三角网格，网格单元尺寸小于流体粒子直径。
[0017]步骤2中对壁面粒子模型进行处理，得到离散精度数值和离散误差分布图，包括：对壁面粒子模型进行壁面粒子法向量计算，再将包含法向量的粒子数据导入离散精度评估程序，得到离散精度数值和离散误差分布图。
[0018]壁面粒子法向量计算方法基于局部表面拟合，采用MESHLAB软件进行计算。
[0019]离散精度评估方法基于法向光滑角度，壁面粒子i的法向光滑角度由下式计算：
[0020][0021]其中n
i
为i粒子的法向量；n
ik
为i粒子周围第k搜索方向内最近壁面粒子的法向量；D为搜索方向数目；输出每个粒子的空间位置并用颜色分布表示其NSA数值大小，得到离散误差分布图；NSA表示为法向光滑角度；
[0022]模型的离散精度通过将每个壁面粒子的NSA数值取标准差计算得：
[0023][0024]其中，为壁面粒子的法向光滑角度的平均值。
[0025]局部嵌套为采用高分辨率离散精度不足的部件，得到满足精度要求的新壁面粒子模型，在新壁面粒子模型中仅保留步骤7中离散精度不足的部件，删除其余粒子，将该部件高分辨率粒子数据与步骤7中满足精度的部件进行嵌套，得到局部嵌套加密后的壁面粒子模型。
[0026]基于无网格法的高精度几何模型粒子离散系统，包括：
[0027]第一处理模块，所述第一处理模块用于对三维几何模型进行若干组面网格离散处理，提取网格节点并对应生成壁面粒子模型；
[0028]第二处理模块，所述第二处理模块用于对壁面粒子模型进行处理，得到离散精度数值和离散误差分布图；
[0029]划分模块，所述划分模块用于观察若干组单分辨率离散误差图，划分部件并确定各部件所需分辨率；
[0030]离散模块，所述离散模块用于对各部件三维几何模型应用不同分辨率的面网格进行独立离散，获得不同分辨率的粒子模型；
[0031]拼接模块，所述拼接模块用于将不同分辨率的粒子模型进行拼接，获取多分辨率粒子模型；
[0032]第三处理模块，所述第三处理模块用于对多分辨率粒子模型进行数据处理，导入离散精度评估程序，获取误差分布图与离散精度数值；
[0033]判断模块，所述判断模块用于根据误差分布图与离散精度数值判断是否达到所需
的离散精度；若否，针对精度不足部件采用高分辨率离散并进行局部嵌套；
[0034]输出模块，所述输出模块用于输出新的壁面粒子模型。
[0035]一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
[0036]一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
[0037]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0038]本专利技术的壁面建模方法适用于任意复杂三维几何模型，方便快捷，实现了任意几何的无网格法粒子法流场计算。
[0039]本专利技术的可视化离散精度评估方法可具体有效的指导加密位置以及加密程度，结合先粗后细的离散方案，大大缩短了建立高精度壁面粒子模型的时间周期。
[0040]本专利技术的局部嵌套加密技术克服了传统加密技术较难实现相邻网格模块之间的网格加密突跃的困难，可将局部结构进行独立加密并与其他结构直接组合，实现薄壁结构的高精度离散与法向量的准确计算。
附图说明
[0041]为了更清楚的说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0042]图1为本专利技术的基于无网格法的高精度几何模型粒子离散方法流程示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于无网格法的高精度几何模型粒子离散方法，其特征在于，包括：步骤1：对三维几何模型进行若干组面网格离散处理，提取网格节点并对应生成壁面粒子模型；步骤2：对壁面粒子模型进行处理，得到离散精度数值和离散误差分布图；步骤3：观察若干组单分辨率离散误差图，划分部件并确定各部件所需分辨率；步骤4：对各部件三维几何模型应用不同分辨率的面网格进行独立离散，获得不同分辨率的粒子模型；步骤5：将不同分辨率的粒子模型进行拼接，获取多分辨率粒子模型；步骤6：对多分辨率粒子模型进行数据处理，导入离散精度评估程序，获取误差分布图与离散精度数值；步骤7：根据误差分布图与离散精度数值判断是否达到所需的离散精度，若是执行步骤8；若否，针对精度不足部件采用高分辨率离散并进行局部嵌套，重复步骤4、步骤5、步骤6和步骤7；步骤8：输出新的壁面粒子模型。2.根据权利要求1所述的基于无网格法的高精度几何模型粒子离散方法，其特征在于，所述步骤1中的若干组面网格中的每一组面网格单元尺寸数均不同，在对三维几何模型进行若干组面网格离散处理之前还包括：确定用于网格单元尺寸数，生成尺寸序列。3.根据权利要求1所述的基于无网格法的高精度几何模型粒子离散方法，其特征在于，所述面网格为非结构三角网格，网格单元尺寸小于流体粒子直径。4.根据权利要求1所述的基于无网格法的高精度几何模型粒子离散方法，其特征在于，所述步骤2中对壁面粒子模型进行处理，得到离散精度数值和离散误差分布图，包括：对壁面粒子模型进行壁面粒子法向量计算，再将包含法向量的粒子数据导入离散精度评估程序，得到离散精度数值和离散误差分布图。5.根据权利要求2所述的基于无网格法的高精度几何模型粒子离散方法，其特征在于，所述壁面粒子法向量计算方法基于局部表面拟合，采用MESHLAB软件进行计算。6.根据权利要求1所述的基于改进无网格粒子法的离心泵数值模拟方法，其特征在于，所述离散精度评估方法基于法向光滑角度，壁面粒子i的法向光滑角度由下式计算：其中n
i
为i粒子的法向量；n
ik
为i粒子周围第k搜索方向内最近壁面粒子的法...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙中国，王锋，席光，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：