一种管道内流体流动自动有限元计算的方法和系统与流程

本发明涉及一种有限元计算方法和系统，尤其涉及管道内流体流动的自动有限元计算方法和系统。

背景技术：

管道内流体流动问题是一种比较常见的流体问题，如水管内水的流动、输油管道内油的流动，以及血管内血液的流动问题等。目前，从事相关问题的研究的常用方法是，利用成熟的有限元流体计算商业软件(如Ansys、Fluent等)，通过软件自身的GUI界面操作，进行有限元计算，根据计算结果分析解决问题。

这种常规做法有一定的缺陷：对问题研究者使用有限元计算商业软件的操作技能要求较高；对不同尺寸和形状的管道模型，需要重复性地进行建模、GUI操作和结果分析等操作流程，进行一系列重复性操作；不利于同类问题的对比分析计算。

因此，目前迫切需要一种新的方法来解决上述问题。

技术实现要素：

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种管道内流体流动自动有限元计算的方法和系统，能够显著提高相关工作人员对管道内流体流动问题的研究效率。

本发明的技术方案为：本发明揭示了一种管道内流体流动自动有限元计算的方法，包括：

上位机接收管道几何模型的导入操作；

上位机接收有限元计算的参数的统一设定；

上位机调用底层有限元计算模型，自动标准化划分网格；

上位机接收边界条件的统一设定；

上位机调用底层有限元计算模型，执行有限元自动计算；

上位机输出有限元计算结果。

根据本发明的管道内流体流动自动有限元计算的方法的一实施例，管道包括直管和弯管，管道截面包括圆形、方形。

根据本发明的管道内流体流动自动有限元计算的方法的一实施例，上位机通过上位机界面接收外部输入，和底层有限元计算模型的计算处理相互独立。

根据本发明的管道内流体流动自动有限元计算的方法的一实施例，上位机接收管道几何模型的导入操作时，自动识别管道的入口和出口。

根据本发明的管道内流体流动自动有限元计算的方法的一实施例，上位机输出标准格式的有限元计算结果。

本发明还揭示了一种管道内流体流动自动有限元计算的系统，包括：

模型导入模块，上位机接收管道几何模型的导入操作；

参数设定模块，上位机接收有限元计算的参数的统一设定；

网格划分模块，上位机调用底层有限元计算模型，自动标准化划分网格；

边界设定模块，上位机接收边界条件的统一设定；

有限元计算模块，上位机调用底层有限元计算模型，执行有限元自动计算；

结果输出模块，上位机输出有限元计算结果。

根据本发明的管道内流体流动自动有限元计算的系统的一实施例，管道包括直管和弯管，管道截面包括圆形、方形。

根据本发明的管道内流体流动自动有限元计算的系统的一实施例，上位机通过上位机界面接收外部输入，和底层有限元计算模型的计算处理相互独立。

根据本发明的管道内流体流动自动有限元计算的系统的一实施例，模型导入模块自动识别管道的入口和出口。

根据本发明的管道内流体流动自动有限元计算的系统的一实施例，结果输出模块输出标准格式的有限元计算结果。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明的方案包括了三方面的特点，第一方面是参数设置标准化，即对于同类管道内流体流动问题，用户只需要输入一次有限元计算参数和边界条件，无需重复劳动；第二方面是用户操作简单化，流体流场有限元计算通过自动化的有限元流体计算模型来实现，操作简单，降低了对用户的专业有限元软件操作能力的要求；第三方面是方便同类问题的对比研究，通过由上位机界面和底层的有限元计算模型组成的标准化流体计算测试平台，可用来对同类管道内流体流动问题进行可重复性对比研究。

总的来说，对于同类管道内流体流动问题，用户只需输入一次有限元计算参数和边界条件，无需重复劳动，即通过标准化参数设置提高同类问题有限元计算的效率；有限元计算通过自动化的有限元计算模型实现，操作简单，降低对用户的专业软件操作能力的要求，即通过自动化计算解放用户双手，提高流体流动问题的分析和解决效率；通过由上位机界面和底层的有限元计算模型组成的标准化流体计算测试平台，可用来对同类管道内流体流动问题进行可重复性对比研究。

附图说明

图1示出了本发明的管道内流体流动自动有限元计算的方法的较佳实施例的流程图。

图2示出了本发明的管道内流体流动自动有限元计算的系统的较佳实施例的原理图。

具体实施方式

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

管道内流体流动自动有限元计算的方法的实施例

图1示出了本发明的管道内流体流动自动有限元计算的方法的较佳实施例的流程。请参见图1，本实施例的方法的实施步骤详述如下。

步骤S1：上位机接收管道几何模型的导入操作。

本实施例的管道可以为直管也可以为弯管，而管道的截面可以为规则的圆形、方形，也可以为其他形状。

上位机在接收管道几何模型的导入操作时，自动识别管道的入口和出口。

步骤S2：上位机接收有限元计算的参数的统一设定。

设定有限元计算的相关参数包括有限元计算单元格类型、单元格大小、流体密度、流体粘度系数等。实现统一参数设置可以实现同类问题只需要设置一次，减少了重复劳动。

步骤S3：上位机调用底层有限元计算模型，自动标准化划分网格。

步骤S4：上位机接收边界条件的统一设定。

这些边界条件包括入口流速、出口压力等。实现边界条件的统一设定可以实现同类问题只需要设置一次，减少了重复劳动。

步骤S5：上位机调用底层有限元计算模型，执行有限元自动计算。

上位机通过上位机界面接收外部输入，上位机界面和底层有限元计算模型的计算处理相互独立，不同于已有商业化的有限元计算软件的GUI界面。

步骤S6：上位机输出有限元计算结果。

上位机输出标准格式的有限元计算结果，输出的结果包括压力、流速场分布、入口压力和出口流速统计等数据。

基于上述步骤的运行，通过由本实施例的上位机的界面和底层有限元计算模型所组成的标准化流体计算测试平台，可用来对同类管道内流体流动问题进行可重复性对比研究。

管道内流体流动自动有限元计算的系统的实施例

图2示出了本发明的管道内流体流动自动有限元计算的系统的较佳实施例的原理。请参见图2，本实施例的系统包括：模型导入模块1、参数设定模块2、网格划分模块3、边界设定模块4、有限元计算模块5、结果输出模块6。

模型导入模块1中，上位机接收管道几何模型的导入操作。本实施例的管道可以为直管也可以为弯管，而管道的截面可以为规则的圆形、方形，也可以为其他形状。上位机在接收管道几何模型的导入操作时，自动识别管道的入口和出口。

参数设定模块2中，上位机接收有限元计算的参数的统一设定。设定有限元计算的相关参数包括有限元计算单元格类型、单元格大小、流体密度、流体粘度系数等。实现统一参数设置可以实现同类问题只需要设置一次，减少了重复劳动。

网格划分模块3中，上位机调用底层有限元计算模型，自动标准化划分网格。

边界设定模块4中，上位机接收边界条件的统一设定。这些边界条件包括入口流速、出口压力等。实现边界条件的统一设定可以实现同类问题只需要设置一次，减少了重复劳动。

有限元计算模块5中，上位机调用底层有限元计算模型，执行有限元自动计算。上位机通过上位机界面接收外部输入，上位机界面和底层有限元计算模型的计算处理相互独立，不同于已有商业化的有限元计算软件的GUI界面。

结果输出模块6中，上位机输出有限元计算结果。上位机输出标准格式的有限元计算结果，输出的结果包括压力、流速场分布、入口压力和出口流速统计等数据。

基于上述模块的运行，通过由本实施例的上位机的界面和底层有限元计算模型所组成的标准化流体计算测试平台，可用来对同类管道内流体流动问题进行可重复性对比研究。

从前述的方法和系统的实施例中可知，本发明实现了管道内流动问题的标准化参数设置和自动化有限元计算，降低了对用户的专业有限元计算软件操作能力的要求，提高了流体流动问题的分析和解决效率，通过标准化流体计算测试平台，可用来对同类管道内流体流动问题进行可重复性对比研究。本发明的技术方案也适用于各种应用场合，例如，水管内水的流动、输油管道内油的流动，以及血管内血液的流动等问题。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑板块、模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。