【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及计算机辅助工程的流体力学仿真，尤其涉及一种用于流体非定常计算的时间步长自适应调整方法。
技术介绍
1、在计算流体力学(cfd)中，非定常流动数值模拟方法一直是一个具有挑战性的研究课题，随着当前工程问题逐步复杂化、大型化的发展趋势，近年来非定常流体求解的计算效率和时间精度成为人们关注的焦点。cfd中求解流体控制方程通常采用的是空间变量和时间变量分别离散的方法，也就是形式上先对空间偏微分项进行有限体积或者有限差分的离散，再对时间项进行离散，从求解方式上一般将时间推进分为显式格式和隐式格式两种。显示格式虽然方法简单，程序容易实现，但是基于固定时间步长的显式时间格式，在时间推进上所采用的时间步长受柯朗数条件的限制，难以确定合适的时间步长，只能由稳定性限制所给出的最大允许时间步长的最小值来选取统一物理场时间步长，导致求解过程中单一时间步过小，从而需要推进大量的时间步数来满足物理时长的收敛条件，对求解效率造成了巨大影响。采用局部时间步长法只可应用于定常流动的计算，而对于非定常流体的计算，由于流场状态和流场计算的物理时长强相关，该方法破坏了流场上各点之间在时间方向上的联系，所以无法应用于具有时间精确性要求的非定常问题。与显示格式相比，隐式格式具有较好的稳定性且对时间步长约束较小，并且一些无条件稳定格式在理论上可以不受时间步长的约束，然而在实践中，即使使用了无条件稳定的隐式格式，计算仍然可能发散。双时间步方法在实际计算中一般的做法是设置固定的内迭代步数，而过多的内迭代步数又会影响到这种方法的效率。
技术
1、本专利技术提供一种用于流体非定常计算的时间步长自适应调整方法，以克服上述技术问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
3、一种用于流体非定常计算的时间步长自适应调整方法，包括如下步骤：
4、s1：建立流体力学积分型控制方程和待分析的流体域几何模型；以基于所述几何模型设定初始的流场信息；
5、s2：给定初始的柯朗数cfl，基于柯朗数与虚拟时间步长之间的关系，获取初始的虚拟时间步；
6、s3：根据所述初始的虚拟时间步、初始的流场信息以及流体力学积分型控制方程，获取残差；
7、s4：若所述残差小于设定的收敛残差阈值，则获取第一虚拟时间步为当前虚拟时间步，获取收敛残差为小于设定的收敛残差阈值的残差；执行s5；
8、若所述残差不小于设定的收敛残差阈值，则更新所述初始的虚拟时间步；并基于更新后的初始的虚拟时间步，重复执行s3，
9、s5：根据所述收敛残差和第一虚拟时间步长，获取基于收敛残差的差值参数diff和比值参数div；以获取第二虚拟时间步长；
10、s6：根据网格节点的温度下降比率、第二虚拟时间步长，获取更新的虚拟时间步长，并获取更新的流场信息；
11、s7：根据所述更新的虚拟时间步长和更新的流场信息，根据物理时间推进方向重复执行s3-s6，直至到达设定的物理时间的结束时间，完成对流体力学积分型控制方程进行求解，获取最终的流场信息。
12、进一步的，所述s5中，获取第二虚拟时间步长方法如下：
13、s51：当|diff|>res_new×向下衰减因子时，所述第二虚拟时间步长等于所述第一虚拟时间步长；
14、其中，diff为差值参数；res_new为当前虚拟时间步对应的守恒量的收敛残差值；
15、s52：当|diff|≤res_new×向下衰减因子时，s521：根据所述比值参数div，获取指数参数power；
16、
17、其中，div为比值参数；
18、s522：根据指数参数power，获取更新的柯朗数cfl′；
19、
20、其中，cfl_factor＝divpower
21、式中：cfl_factor表示计算柯朗数的参数因子；cfl为柯朗数；
22、s533：根据所述更新的柯朗数cfl′，基于柯朗数与虚拟时间步长之间的关系，即能够获得所述第二虚拟时间步长。
23、进一步的，所述s2中的柯朗数与虚拟时间步长之间的关系如下：
24、
25、其中，cfl为柯朗数；△τ为虚拟时间步长，i为空间维度，i为总维度数，△xi为第i个维度的网格尺度；为第i个维度的xi当地流体速度；xi表示第i个维度的坐标轴。
26、进一步的，所述s4中，更新所述初始的虚拟时间步所采用的计算公式如下：
27、△τ'＝△τ/2
28、式中：△τ为初始的虚拟时间步；△τ'为更新后的初始的虚拟时间步。
29、进一步的，所述s5中，所述差值参数diff获取如下：
30、diff＝res_new-res_old；
31、所述比值参数div获取如下：
32、div＝res_old/res_new；
33、式中：diff为差值参数；res_old为上一个虚拟时间步对应的守恒量的收敛残差值；res_new为当前虚拟时间步对应的守恒量的收敛残差值；div为比值参数。
34、进一步的，所述s6中，所述网格节点的温度下降比率获取如下：
35、
36、式中：temp_dec_rate表示温度下降比例；t_new表示当前虚拟时间步进行迭代计算后的网格温度；t_old表示上一个虚拟时间步进行迭代计算后的网格温度。
37、进一步的，所述s6中，获取更新的虚拟时间步长的方法如下：
38、当所述温度下降比率不大于设定的最大温度下降比率时，获取更新的虚拟时间步长为第二虚拟时间步长；
39、当所述温度下降比率大于设定的最大温度下降比率时，根据所述第二虚拟时间步长获取第三虚拟时间步，以对第二虚拟时间步长进行更新，并根据所述第三虚拟时间步长和初始的流场信息，重复执行s3-s5。
40、有益效果：
41、本专利技术的一种用于流体非定常计算的时间步长自适应调整方法，是一种适用于流体非定常计算的时间步长自适应调整的方法，基于柯朗数与虚拟时间步长之间的关系，通过给定的柯朗数获取初始的虚拟时间步，以根据所述初始的虚拟时间步、初始的流场信息以及流体力学积分型控制方程获取收敛残差，基于收敛残差的差值参数和比值参；进而获取第二虚拟时间步长，结合网格节点的温度下降比率获取更新的虚拟时间步长，并获取更新的流场信息；当以更新的虚拟时间步长在物理时间推进方向进行推进到达设定的物理时间的结束时间时，完成对流体力学积分型控制方程进行求解，获取最终的流场信息。本专利技术在在对流体力学积分型控制方程进行求解时，不断的更新虚拟时间步长，不仅避免了因为时间步长过小造成的计算资源浪费或者时间步长过大导致的求解发散等问题，同时在第二虚拟时间步长的调整过程中，能够有效控制流场非定常分析的总时间步数，从而保证了较高的仿真效率；显著提升了流体非定常分本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于流体非定常计算的时间步长自适应调整方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于流体非定常计算的时间步长自适应调整方法，其特征在于，所述S5中，获取第二虚拟时间步长方法如下：
3.根据权利要求1所述的一种用于流体非定常计算的时间步长自适应调整方法，其特征在于，所述S2中的柯朗数与虚拟时间步长之间的关系如下：
4.根据权利要求1所述的一种用于流体非定常计算的时间步长自适应调整方法，其特征在于，所述S4中，更新所述初始的虚拟时间步所采用的计算公式如下：
5.根据权利要求1所述的一种用于流体非定常计算的时间步长自适应调整方法，其特征在于，所述S5中，所述差值参数Diff获取如下：
6.根据权利要求1所述的一种用于流体非定常计算的时间步长自适应调整方法，其特征在于，所述S6中，所述网格节点的温度下降比率获取如下：
7.根据权利要求1所述的一种用于流体非定常计算的时间步长自适应调整方法，其特征在于，所述S6中，获取更新的虚拟时间步长的方法如下：
【技术特征摘要】
1.一种用于流体非定常计算的时间步长自适应调整方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于流体非定常计算的时间步长自适应调整方法，其特征在于，所述s5中，获取第二虚拟时间步长方法如下：
3.根据权利要求1所述的一种用于流体非定常计算的时间步长自适应调整方法，其特征在于，所述s2中的柯朗数与虚拟时间步长之间的关系如下：
4.根据权利要求1所述的一种用于流体非定常计算的时间步长自适应调整方法，其特征在于，所述s4中，更...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘新桥，张群，
申请(专利权)人：英特工程仿真技术大连有限公司，
类型：发明
国别省市：
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