[发明专利]一种面向热流耦合场景的粒子型无网格仿真系统

权利要求书

1.一种面向热流耦合场景的粒子型无网格仿真系统，其特征在于：采用光滑粒子流体动力学的拉格朗日方法，将流体用粒子的形式表示，并把场函数中相应偏微分方程离散为与时间有关的常微分方程，通过集成相应热流耦合计算公式，实现热流耦合场景的瞬态模拟；包括：模型构建与粒子化模块、系统算法设置模块、流场计算模块和后处理模块；

模型构建与粒子化模块：将流固特征导入并建立相应模型，同时将液体和部分固体离散成粒子，包括模型特征导入、模型搭建、粒子参数设置；

系统算法设置模块：包括计算模式选择、全局参数设置和计算算法设置；计算模式选择包括CPU计算和GPU计算；全局参数设置包括迭代参数设置和流固物性参数设置，迭代参数包括：时间步长选取、仿真总时间设定；流固物性参数包括流体固体的动力学参数和流体固体的热力学参数，参数由实际工况条件确定；计算算法设置明确了控制方程的求解格式及相关引入项，其包括：核函数设置、约束修正形式设置、时间积分形式设置、人工粘性设置、微观尺度力设置、热力学计算设置、动力学边界条件设置、热力学边界条件设置、环境变量设置和迭代参数设置；

流场计算模块：通过对流体控制方程求解，迭代计算每一时刻流场各物理参数的模拟结果；流场计算模块包括参数导入、流场动力学计算、流场温度分布计算和循环迭代过程；

后处理模块：对流场计算模块所得的各时刻粒子位置、速度、温度数据进行可视化处理，形成实时动态分布图，以直观的方式展示在给定工况下流体包括流动冲击飞溅等效果在内的运动过程和受热或冷却的温度变化过程。

2.根据权利要求1所述的一种面向热流耦合场景的粒子型无网格仿真系统，其特征在于：所述的模型构建与粒子化模块中模型特征导入为导入流固几何特征并确定相应参数，包括固体的位置形状和流体域范围等，并以坐标形式呈现；模型搭建即根据导入特征构建或表示导入的固体和流体，其中决定流体域的固体根据实际情况选择固体粒子搭建或是三角面片网格搭建，而流体则用流体粒子搭建；粒子参数设置为赋予粒子以物理参数，包括粒子位置、速度、温度。

3.根据权利要求1所述的一种面向热流耦合场景的粒子型无网格仿真系统，其特征在于：所述的系统算法设置模块中核函数设置包括两种核函数形式：三次样条插值函数，五阶Wendland函数；

约束修正设置根据给定的约束条件及时修正物体位置，约束条件包括体积约束、密度约束、表面张力约束；

时间积分形式设置规定了每个循环步中物理量更新的迭代格式，选择的算法为：Verlet算法或Symplectic算法；

引入人工粘性设置来对流体粒子的相对运动产生阻尼作用，并体现在动量守恒方程中；

引入三种微观尺度力，包括内聚力、表面张力和附着力；通过调节附着力系数改变液体附着在固体表面的牢固程度，附着力系数需人为输入到模块中；

热力学计算设置采用基于傅里叶导热定律的离散化热传导方程来求解温度场，涉及恒温恒流绝热三种边界条件，经修正后计算域内的任意粒子a在某时刻的温度求解满足式其中b为a粒子周边光滑半径内粒子，r_ab为粒子a与粒子b距离，k_a和k_b为粒子a与b的导热率，不同物质导热率不同，c_p,a为压强p下a粒子比热容；

动力学边界条件设置采用边界力法或边界动量法；

所述热学边界条件包括温度恒定边界条件、热流恒定边界条件和绝热边界条件，根据实际需要进行选择；

所述的环境变量设置包括重力和周期性摇晃力，其中模拟水平面的流动时不引入重力，模拟涉及竖直方向流体流动时引入重力；在波浪仿真时添加周期性摇晃力以实现液体波动效果。