专利名称：一种快速确定固相颗粒所在气相非结构网格的方法
技术领域：
本发明属于气固两相流动计算机数值模拟领域，具体涉及一种快速确定固相颗粒 所在气相非结构网格的方法
背景技术：
气固两相流动广泛存在于能源、化工、环保等领域，随着计算机速度的大幅提高， 气固两相流动的计算机数值模拟技术也随之快速发展，并在生产实际中发挥出越来越重要 的作用。在气固两相流动计算机数值模拟中，一种行之有效的措施是将气相场和固相颗粒 场分开处理，分别采用欧拉方法和拉格朗日方法进行数值模拟，这样可以充分提高计算效 率和增加数值模拟的准确性。在计算离散颗粒所受的气体曳力以及颗粒对气相流场反作用 的求解过程中，必须获得颗粒所处当地气相网格的信息，如当地气体流速等。对于复杂外形 几何体的非结构网格，如何准确、快速判断颗粒所处的当前网格，是一个难题。目前大多采 用对多个非结构网格进行数据平均的方法加以解决，该过程将不可避免地牺牲了大量气相 场信息，降低了计算精度。若能找到一种快速确定固相颗粒所在气相非结构网格的方法，则 可使数值模拟的效率大大提高。
发明内容
发明目的针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种快速确定固相 颗粒所在气相非结构网格的方法，能显著减少颗粒所处非结构网格的搜索次数，从而大大 提高了气固两相数值计算的速度和精度。技术方案为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下 一种快速确定固相颗粒所在气相非结构网格的方法，包括以下步骤
(1)在气相计算所划分的非结构网格中，另建立一套结构网格对整个计算区域加以覆 盖；其中，结构网格尺度大于非结构网格尺度；
(2)扫描计算区域内的所有非结构网格，将每个结构网格所覆盖的非结构网格的序号 进行统计注册，建立数组以备后继计算使用；
(3)确定需要搜寻所在非结构网格的离散颗粒所在的结构网格，求解离散颗粒与该结 构网格内所有非结构网格节点的距离，其中最小距离者即为该颗粒所处的非结构网格。气相流场的数值模拟通常采用二维或三维进行，当为二维情形进行时，步骤(3) 中，当离散颗粒位于结构网格边沿附近时，求解离散颗粒与非结构网格节点距离的范围扩 大到该结构网格相邻的8个结构网格。当为三维情形进行时，步骤(3)中，当离散颗粒位于结构网格边沿附近时，求解离 散颗粒与非结构网格节点距离的范围扩大到该结构网格相邻的26个结构网格。有益效果本发明的快速确定固相颗粒所在气相非结构网格的方法，结合邻域搜 索法以及计算颗粒-网格节点最小距离法，对非结构网格无需进行平均处理，而是通过高效分割搜索直接确定颗粒所处的非结构网格，大大提高数值模拟的准确性，能显著减少颗 粒所处非结构网格的搜索次数，从而大大提高了气固两相数值计算的速度和精度。
图1是气相计算所划分的非结构网格和及其所覆盖的结构网格示意图。图2是数值计算中搜索离散颗粒所处非结构网格示意图。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明做进一步的解释。实施例1
气相流场的数值模拟通常采用二维或三维进行，现以二维情形进行叙述，三维情形可 依此类推
(1)对于气相计算所划分的非结构网格，首先另建立一套结构网格对整个计算区域加 以覆盖，如图1所示，椭圆区域为气相计算所划分的非结构网格求解区域，四边形为所建立 的结构网格覆盖区域；(2)扫描计算区域内的所有非结构网格，将每个结构网格所覆盖的 非结构网格的序号进行统计注册，建立数组以备后继计算使用；(3)对于需要搜寻所在非 结构网格的离散颗粒，首先确定其所在的附加结构网格，然后求解颗粒与该结构网格内所 有非结构网格节点的距离，其中最小距离者即为该颗粒所处的非结构网格。(4)考虑到当颗 粒位于结构网格边沿附近时，其所处的非结构网格有可能在结构网格的相邻网格内产生， 如图2所示，离散颗粒b所处1号非结构网格的节点位于该颗粒所处结构网格A的相邻结 构网格B中。将上述(3)中所需求解颗粒与非结构网格节点距离的范围扩大到该结构网格 相邻的8个结构网格(对于三维计算，扩大到相邻的26个结构网格区域)。本发明的方法利用所建立的结构网格，快速确定颗粒所处的空间位置，并使得对 非结构网格的搜索范围大大缩小，以2，000，000个非结构网格计算空间为例，如果采用的 结构网格数为2，000个，平均而言，每个结构网格覆盖1，000个非结构网格，则计算颗粒到 非结构网格节点距离的次数可从计算2，000，0000次减少到9，000次(三维情况下减少到 27，000次)，从而大大提高了计算效率。在实施上述方法过程中，要求结构网格尺度大于非 结构网格尺度。总体而言，结构网格覆盖的非结构网格数目越少，计算颗粒到非结构网格节 点距离的次数越少，所花费的计算时间也越短。
权利要求
一种快速确定固相颗粒所在气相非结构网格的方法，其特征在于，包括以下步骤(1)在气相计算所划分的非结构网格中，另建立一套结构网格对整个计算区域加以覆盖；其中，结构网格尺度大于非结构网格尺度；(2)扫描计算区域内的所有非结构网格，将每个结构网格所覆盖的非结构网格的序号进行统计注册，建立数组以备后继计算使用；(3)确定需要搜寻所在非结构网格的离散颗粒所在的结构网格，求解离散颗粒与该结构网格内所有非结构网格节点的距离，其中最小距离者即为该颗粒所处的非结构网格。
2.根据权利要求1所述的快速确定固相颗粒所在气相非结构网格的方法，其特征在 于步骤(3)中，当离散颗粒位于结构网格边沿附近时，对于二维计算，求解离散颗粒与非 结构网格节点距离的范围扩大到该结构网格相邻的8个结构网格。
3.根据权利要求1所述的快速确定固相颗粒所在气相非结构网格的方法，其特征在 于步骤(3)中，当离散颗粒位于结构网格边沿附近时，对于三维计算，求解离散颗粒与非 结构网格节点距离的范围扩大到该结构网格相邻的26个结构网格。全文摘要
本发明公开了一种快速确定固相颗粒所在气相非结构网格的方法。该方法包括(1)在气相计算所划分的非结构网格中，另建立一套结构网格对整个计算区域加以覆盖；其中，结构网格尺度大于非结构网格尺度；(2)扫描计算区域内的所有非结构网格，将每个结构网格所覆盖的非结构网格的序号进行统计注册，建立数组以备后继计算使用；(3)确定需要搜寻所在非结构网格的离散颗粒所在的结构网格，求解离散颗粒与该结构网格内所有非结构网格节点的距离，其中最小距离者即为该颗粒所处的非结构网格。本发明的方法，大大提高数值模拟的准确性，能显著减少颗粒所处非结构网格的搜索次数，从而大大提高了气固两相数值计算的速度和精度。
文档编号G06F19/00GK101964024SQ20101051293
公开日2011年2月2日 申请日期2010年10月20日 优先权日2010年10月20日
发明者彭正标, 朱立平, 袁竹林 申请人:东南大学