【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及流体力学模拟，尤其是涉及一种面向非平衡可压缩流体的介观动理学方法及系统。
技术介绍
1、可压缩流体系统广泛存在于诸多科学和工程领域中，是相关科学家和工程师共同关注的重要物理问题。尤其是在航空航天领域，高速飞行器在稀薄大气层中面临显著的可压缩性和非平衡效应。随着计算机技术的快速发展，数值仿真为深入研究可压缩流体系统提供了一种有效的手段。然而，可压缩流体系统通常涉及大量的非线性、不稳定和非平衡过程，包含多个数量级的时间与空间尺度，这对传统的数值方法的适用性提出了巨大挑战。一方面，传统的宏观方法主要是基于连续介质假设，比如常用的navier-stokes方程组，该方程组包含不易处理的非线性对流项，并且不能准确描述和测量相关可压缩流体系统中显著、丰富的离散效应和非平衡效应。另一方面，传统的微观方法，比如分子动力学，可以对物理系统中每个分子进行实时追踪，然后将大量分子进行统计而得出宏观物理量。此类方法的优点为物理精度高、物理信息丰富，缺点为难以高效模拟具有较大时空尺度的物理系统。
2、作为联系宏观和微观方法的桥梁，介观方法为准确并且高效地模拟流体系统提供了一种可行的途径。离散玻尔兹曼方法(discrete boltzmann method,dbm)作为一种介观动理学方法，适用于非平衡、可压缩流体系统，能够解决传统宏观方法物理精度不足和微观方法模拟时空尺度受限的问题。然而，dbm存在刻画详细的流体力学和热力学非平衡行为时，数值不稳定的缺点。
3、由此可见，如何稳定准确地刻画详细的流体力学和热力学非平衡行
技术实现思路
1、本专利技术提供一种面向非平衡可压缩流体的介观动理学方法及系统，用于解决数值的不稳定性的问题，以实现准确刻画详细的流体力学和热力学非平衡行为的效果。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种面向非平衡可压缩流体的介观动理学方法，包括：
3、根据非平衡可压缩流体系统的具体工况进行初始化获得宏观物理量；
4、由所述宏观物理量和动理学矩关系求解离散平衡态分布函数，将所述离散平衡态分布函数代入到离散分布函数的泰勒展开式得到第一离散分布函数；
5、根据离散速度的方向和基于非平衡可压缩流体系统的具体工况设定的边界条件，确定第二离散分布函数；
6、对所述第一离散分布函数和所述第二离散分布函数进行动理学矩求和处理，得到满足守恒条件的动理学方程；
7、基于所述动理学方程更新迭代所述宏观物理量，判断时间迭代步数是否满足预设的循环终止条件；若所述时间迭代步数不满足所述循环终止条件，则重复上述步骤，根据更新后的动理学方程更新所述宏观物理量，直至达到所述循环终止条件。
8、作为其中一种优选方案，所述宏观物理量包括密度、动量和能量。
9、作为其中一种优选方案，所述第一离散分布函数为物理场内部的离散分布函数，所述第二离散分布函数为边界处的离散分布函数。
10、作为其中一种优选方案，所述离散分布函数的计算公式为
11、
12、其中，fieq(r,t)为在时刻t、位置为r的离散平衡态分布函数，fieq(r-viδt,t-δt)为在时刻为t-δt、位置为r-viδt的离散平衡态分布函数，δt为时间步长，τ为松弛时间。
13、作为其中一种优选方案，所述动理学方程的计算公式为
14、
15、其中，w＝(ρ j e)t为守恒量，为流通量，ρ表示密度，j表示动量，e表示能量，t为时间，为hamilton算子，fi为所述离散分布函数，vi为离散速度，其与分子的平动动能相关，ni用于描述分子旋转和振动所对应的内能，上角标t表示矩阵转置。
16、作为其中一种优选方案，所述守恒条件为
17、ρ＝∑ifi
18、j＝∑ifivi
19、
20、其中，ρ表示密度，j表示动量，e表示能量，vi为离散速度，ηi用于描述分子旋转和振动所对应的内能。
21、作为其中一种优选方案，所述离散平衡态分布函数的计算公式为
22、feq＝c-1m
23、其中，的元素为所述离散平衡态分布函数，m＝(m1m2…mn)t的元素为动理学矩，方阵c-1是c的逆矩阵，用于连接所述离散分布函数的动理学矩空间和速度空间。
24、本专利技术另一实施例提供了一种面向非平衡可压缩流体的介观动理学系统，包括：
25、初始化模块，用于根据非平衡可压缩流体系统的具体工况进行初始化获得宏观物理量；
26、第一离散分布函数模块，用于由所述宏观物理量和离散平衡态分布函数所需的动理学矩关系求解离散平衡态分布函数，对所述离散平衡态分布函数进行泰勒展开得到第一离散分布函数；
27、第二离散分布函数模块，用于根据离散速度的方向和基于非平衡可压缩流体系统的具体工况设定的边界条件，确定第二离散分布函数；
28、处理模块，用于对所述第一离散分布函数和所述第二离散分布函数进行动理学矩求和处理后得到满足守恒条件的动理学方程；
29、判断模块，用于基于所述动理学方程更新迭代所述宏观物理量，判断时间迭代步数是否满足预设的循环终止条件；若所述时间迭代步数不满足迭代循环终止条件，则重复上述步骤，根据更新后的动理学方程更新所述宏观物理量，直至达到预设的迭代循环条件。
30、本专利技术另一实施例提供了一种计算机设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，以使得所述计算机设备执行实现上述方法的步骤。
31、本专利技术另一实施例提供了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。
32、相比于现有技术，本专利技术实施例的有益效果在于以下所述中的至少一点：
33、(1)与传统宏观方法相比，本专利技术将复杂的非线性偏微分方程组转化成线性方程组，可稳定准确地刻画和测量详细的流体力学和热力学非平衡行为；
34、(2)与现有介观动理学dbm相比，本专利技术方法具有良好的数值稳定性，可以采取更大的时间步长，可应用于模拟非平衡、可压缩流体系统。
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1.一种面向非平衡可压缩流体的介观动理学方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的面向非平衡可压缩流体的介观动理学方法，其特征在于，所述宏观物理量包括密度、动量和能量。
3.如权利要求1所述的面向非平衡可压缩流体的介观动理学方法，其特征在于，所述第一离散分布函数为物理场内部的离散分布函数，所述第二离散分布函数为边界处的离散分布函数。
4.如权利要求1所述的面向非平衡可压缩流体的介观动理学方法，其特征在于，所述离散分布函数的计算公式为
5.如权利要求1所述的面向非平衡可压缩流体的介观动理学方法，其特征在于，所述动理学方程的计算公式为
6.如权利要求5所述的面向非平衡可压缩流体的介观动理学方法，其特征在于，所述守恒条件为ρ＝∑ifi
7.如权利要求4所述的面向非平衡可压缩流体的介观动理学方法，其特征在于，所述离散平衡态分布函数的计算公式为feq＝C-1M
8.一种面向非平衡可压缩流体的介观动理学系统，其特征在于，所述系统包括：
9.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其中，所述计算机可读存储介质所在设备执行所述计算机程序时，实现如权利要求1至7中任意一项所述的面向非平衡可压缩流体的介观动理学方法。
...【技术特征摘要】
1.一种面向非平衡可压缩流体的介观动理学方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的面向非平衡可压缩流体的介观动理学方法，其特征在于，所述宏观物理量包括密度、动量和能量。
3.如权利要求1所述的面向非平衡可压缩流体的介观动理学方法，其特征在于，所述第一离散分布函数为物理场内部的离散分布函数，所述第二离散分布函数为边界处的离散分布函数。
4.如权利要求1所述的面向非平衡可压缩流体的介观动理学方法，其特征在于，所述离散分布函数的计算公式为
5.如权利要求1所述的面向非平衡可压缩流体的介观动理学方法，其特征在于，所述动理学方程的计算公式为
6.如权利要求5所述的面向非平衡可压缩流体的介观动理学方法，其特征在于，所述守恒条件为ρ...
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