[发明专利]基于格子Boltzmann方法的问题求解环境设计

说明书

技术领域

本发明涉及计算流体力学和计算机领域，提出了一种基于格子Boltzmann方法的问题求解环境(PSE)设计。

背景技术

经过几十年的发展，计算流体力学CFD在航空航天，大型能源装置(如核电站)，新型交通工具，环境保护等众多工程技术部门和领域都得到了广泛的应用。目前，计算流体力学己成为现代计算科学最有力地推动之一。尽管CFD已取得了令人嘱目的进展，但由于流体运动的复杂性和计算机资源的限制，CFD仍存在许多局限性。特别是CFD计算中常常只是专业人员对特定专业问题进行针对性的编程求解，得到计算结果后也单独地生成数值模拟结果，然后进行计算结果分析，这种专业问题独立求解实现方法存在操作复杂而且自动化程度不够的问题，不利于普适问题求解的计算内核程序的应用和推广，这在一定程度上限制了CFD在科学研究与工程问题中的应用。因此为CFD问题提供了一个方便易用的平台——问题求解环境(PSE)，满足CFD问题求解知识复用与计算内核重用的要求。由此可见，为了求解复杂的CFD问题不仅要有高效的计算内核，而且还需要有非常友好的问题定义、求解和结果分析的问题求解环境。所以，工程技术的发展和科学问题的需要不仅对CFD的研究成为一个具有挑战性的领域，而且对流体计算的问题求解环境(PSE)设计提出了更迫切的要求。

发明内容

本发明的目的在于，为了解决上述问题，提供一种基于格子Boltzmann方法的问题求解环境(PSE)设计，给出友好问题定义、求解和结果分析。对此设计出友好的用户与问题求解内核之间的图形界面。

为达到上述目的，本发明的构思是：给出友好问题定义、求解和结果分析。设计出友好的用户图形界面：计算参数编辑、计算任务提交、计算结果分析。

问题求解环境（PSE）设计，首先根据物面网格的数据和实际计算的需要，设计出友好的用户图形界面的编辑与修改计算参数的窗口，然后将面网格文件和计算用参数文件提交远程后台CFD计算内核程序进行计算，得到计算结果的流场和物面信息后，再进行后处理，最后进行可视化分析。

具体是建立一种基于格子Boltzmann方法的问题求解环境设计建立了一种友好的用户界面，交互式的对问题进行定义并确定计算参数；提供了方便快捷的计算参数的上传、网格剖分前处理、计算内核的启动和计算结果的下载方法；计算内核采用了分布式的网格剖分与具有高可扩展性的并行方式迭代计算；该设计中拥有了简单快捷的计算结果的后处理：将复杂、抽象的数据转换为人们易于理解和更便于进行问题结果分析的图像和视频文件，并将数值模拟的图像和视频展示出来。

根据上述发明构思，针对实际计算问题的需要，本发明采用下述技术方案：

一种基于格子Boltzmann方法的问题求解环境（PSE）设计，其特征在于：针对给出的实际流体计算问题，提供问题求解环境，采用该环境进行高效模拟，具体操作步骤如下：

A、  根据实际问题，生成CFD计算任务，对应每个计算任务生成项目：项目名称、项目文件路径文件和远程服务目录信息及参数文件名称等。

B、  定义物面网格对象，读入物面网格文件（stl文件），获取物面网格的大小信息参数和部件参数； 

C、  建立一种友好的用户界面，交互式对问题进行定义确定计算参数：定义CFD计算内核程序所需参数的参数文件格式，GUI图形界面方式的人机交互式的输入CFD计算参数，生成CFD计算内核程序所需参数的文件（ini、xml文件）；

D、 人机交互式编辑修改参数文件；

E、  输入并设置CFD远程计算服务器的账户信息，登录远程服务器；

F、 提交计算任务给远程服务器中的CFD计算内核程序；

G、 获取CFD计算内核程序的计算结果：流场信息和物面信息；

H、 PSE终端将CFD后处理得到的图像和视频展示出来；

I、  计算结果的可视化分析；

本发明的基于格子Boltzmann方法的问题求解环境(PSE)设计，与现有技术相比较，具有以下突出的实质性特点和显著优点：

1.   该设计建立了一种友好的用户界面，交互式的对问题进行定义并确定计算参数；

2.   方便快捷的计算参数的上传，计算内核的启动和计算结果的下载；

3.   简单快捷的计算结果的后处理，将复杂、抽象的数据转换为人们易于理解和更方便进行问题结果分析的图像和视频文件。

附图说明

图1是本发明的基于格子Boltzmann方法的问题求解环境(PSE)设计的流程图；