[发明专利]一种适用于多分辨率粒子法的自由表面识别方法

说明书

本发明公开了一种适用于多分辨率粒子法的自由表面识别方法，包括如下步骤：选取计算域范围，确定计算域的空间维度，以及影响域面积占比计算所在平面；得到所有粒子的初始空间位置，确定用于自由表面判别的影响域半径；确定影响域任一粒子所占影响域面积；确定自由表面粒子影响域面积占比判别标准；借助静水模拟，选取最优影响域半径以及内部流体粒子的影响域面积占比参考值，确定影响域面积占比判别公式，确定最终的多分辨率条件下的自由表面粒子判别方法。本发明通过计算目标粒子影响域被邻域粒子占据的面积，摆脱核函数的限制，能够准确地识别出多分辨率条件下自由表面粒子，解决多分辨率条件下自由表面粒子无法识别或错误识别的问题。

技术领域

本发明涉及计算流体力学和海洋水动力数值模拟领域，具体涉及一种适用于多分辨率粒子法的自由表面识别方法。

背景技术

粒子法，作为一种新颖的无网格数值计算方法，出现于20世纪70年代。相比于传统的网格法，它起步相对较晚，但是从90年代开始，该方法就进入了高速发展的阶段，尤其是近十年，很多学者专注于该方法的研究以及其应用领域的扩展。目前，该方法已成功应用于计算流体力学、核工程、水利工程、海岸工程、海洋工程、船舶工程、材料工程、生命科学等多个领域。由此可见，无论是在学术研究领域还是在实际工程领域，粒子法都具备良好的发展空间和应用前景。

另一方面，作为一种极具发展潜能的数值计算方法，在粒子法中仍然存在许多问题和挑战，如非物理压力振荡、粒子不均匀分布、离散算子的守恒性和一致性、计算效率等问题。特别需要指出的是，粒子法的计算成本较高、效率偏低，这也是目前限制该方法用于大尺度实际问题的重要难点之一。如何提高粒子法的计算效率、扩大计算域范围是目前粒子法发展中的重要课题之一。在诸多方法探索中，多分辨率方法将是未来突破该瓶颈的重要手段之一。在多分辨率粒子法中，粒子尺寸不再保持一致，故而现有的以核函数为基础的自由表面识别方法也将不再适用。因此，如何解决自由表面识别问题是推广多分辨率粒子法过程中亟需突破的关键技术之一。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种适用于多分辨率粒子法的自由表面识别方法，其通过计算目标粒子影响域被邻域粒子占据的面积，摆脱核函数的限制，能够准确地识别出多分辨率条件下自由表面粒子，解决多分辨率条件下自由表面粒子无法识别或错误识别的问题。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种适用于多分辨率粒子法的自由表面识别方法，包括如下步骤：

S1：根据研究对象，选取计算域范围，确定计算域的空间维度(垂向二维或空间三维)，以及影响域面积占比计算所在平面；

S2：确定各区域的大小和空间分辨率，得到所有粒子的初始空间位置，确定用于自由表面判别的影响域半径；

S3：根据目标粒子和相邻粒子的空间位置以及影响域指定范围，确定影响域任一粒子所占影响域面积；

S4：计算目标粒子影响域范围内各粒子所占面积之和，确定自由表面粒子影响域面积占比判别标准；

S5：借助静水模拟，选取最优影响域半径以及内部流体粒子的影响域面积占比参考值，确定影响域面积占比判别公式，结合自由表面粒子压力判别标准，确定最终的多分辨率条件下的自由表面粒子判别方法。

进一步地，所述步骤S1具体为：

A1：根据研究对象和研究目标，确定计算域的空间维度Ds和计算范围；

A2：根据选取的空间维度Ds，判别是否需要执行平面投射；若Ds＝3(即计算域为三维空间)，则需要执行平面投映；若Ds＝2(即计算域为二维空间)，则不需要执行平面投映，直接跳至步骤S2；

A3：执行平面投映：