[发明专利]一种多相流模拟仿真的卷积神经网络及快速可视化方法

说明书

本发明公开了一种多相流模拟仿真的卷积神经网络及快速可视化方法。包括分析网络和生成网络，分析网络分为多层结构，生成网络与分析网络结构对应；生成网络通过递归方式，将分析层与中间层数据叠加恢复；在恢复过程中，采用上采样卷积核不断生成精度更高的可视化或模拟数据。本发明的卷积神经网络最终选取合适的卷积核函数与生成核函数，以极高精度逼近常见的多相流系统F函数；神经网络经过训练之后，分析网络与生成网络可高度并行工作，即使在非常复杂的多相流系统下依然能做到大规模快速计算与可视化。

技术领域

本发明属于测量领域，更具体的涉及一种多相流模拟仿真的卷积神经网络及快速可视化方法。

背景技术

物理学中，所谓的“相”是指自然界中物质的态，例如气态、液态、固态等。一种物态即成为一相；热力学中，物体中的每一个均匀部分称为一相。各部分均匀的固体、液体和气体可分别称为固相物体、液相物体或统称为单相物体；但在流体动力学中，动力学性质相近的一群物体就可以统称为一相，一种物态可能是单相的，也可能是多相的。例如，不同种类、不同尺寸、不同形状的颗粒在流体中运动时，可视具体情况把固体分为许多相。固体不能与气体或液体混合均匀而成为单相流。因此，固体颗粒和气体或液体的混合流动一般为多相流。此处的“多”意指两相或两相以上的流动，而不是习惯中“多”就代表三或大于三的意思。英文中称为Multiphase Flow。不同液体的混合流动可能是单相流，也可能是多相流。如水与酒精的混合物是单相流体，而水与水银的混合物则称为两相流。不同的气体混合时总是成为一种新的单相流体。所以多相流是指具有两种及两种以上不同相态或不同组分的介质共存并有明确分界面的流动体系。实际上，真实的流动问题常常是多相的。

多相流的特点：

(1)多相流中含有多种不相混溶的相，它们各自具有一组流动变量。即使两相流，也可划分为气液、气固、液液、液固四种。

(2)多相流中各相的体积百分数以及分散相的颗粒大小可以在很宽的范围内变化，这些都会引起流动性质及流动结构的很大变化。

(3)多相流中，各相间相对速度不同也会引起流动状况的很大变化。

(4)各相的物理性质(温度、粘度等)及两相间界面的表面现象都是影响多相流的重要因素。

(5)各相的性质、含量及流动参数决定了流动型态，不同的流型可用不同的方法来处理。

(6)两相之间常存在流体力学不平衡和热力学不平衡。

(7)相间常存在传热和传质及化学反应。

对于气液两相流，除由于相界面存在，通过接触混合可能发生热量、质量和动量的传递，界面的形状还会随时发生变化。

(8)多相流多为湍流，层流很少见。

(9)多相流一般为三维流动。

多相流研究在国民经济的基础与支柱产业及国防科学技术发展中有不可替代的巨大作用。广泛运用于船舶海洋、制冷、低温、石油化工、生物医药、生命科学、核工业、航天航空、能源动力和环境等领域中。多相流的研究一是通过实验数据来获得，二是通过数值摸拟转化为物理模型。第一手的实验数据获得需要投入巨大的人力、物力和财力。而数值摸拟也叫计算机摸拟，它以计算机为手段，通过数值计算和图像显示的方法，达到对工程问题和物理问题乃至自然界各类问题研究的目的。多相流数值摸拟即对两相或多相流动系统进行数值摸拟。数值摸拟具有很好的可重复性，通过模拟可以对一些难以测量的量做出预测，同时可以发现新的现象。