基于多重光滑度量因子的数值模拟方法及装置与流程

1.本技术属于数据处理技术领域，尤其涉及一种基于多重光滑度量因子的数值模拟方法及装置。


背景技术：

2.计算流体力学(cfd)是开展流动物理问题研究的重要手段之一，在先进飞行器气动性能评估、气动热环境预测、流动机理和影响规律研究等领域发挥着愈来愈重要的作用。由于低阶精度方法通常所具有的数值耗散较大、精度不高、分辨率较低等特性，使得其在求解具有时空多尺度或强非线性气动问题时存在明显不足，容易出现较强的网格依赖性。随着工程应用对数值模拟精准度的要求越来越高，人们越来越青睐于采用具有低耗散、低色散和高分辨率特点的高阶精度数值模拟方法。
3.高阶精度数值模拟方法的核心是高阶精度格式，经过几十年的不断发展和完善，形成了包括高阶精度有限差分、高阶精度有限体积和高阶精度有限元等在内的众多高阶精度格式，其中基于结构网格的高阶精度有限差分格式由于其具有相对较小的计算代价而应用最为广泛。高阶精度有限差分格式可以划分为高阶精度线性格式和高阶精度非线性格式，当所模拟的流动问题中包含激波等间断结构，需要采用高阶精度非线性格式。
4.最常用的高阶精度非线性格式设计方法是采用加权组合的设计方式：把高阶精度的整体模板剖分为多个较低阶精度的候选模板，低阶精度的候选模板组合起来具有高阶精度；依据每个候选模板的光滑程度赋予其动态的权重，某个候选模板越光滑其被赋予的权重越大，反之其被赋予的权重越小；如果整体模板中不包含激波等间断结构，那么每个候选模板都是光滑的，被赋予的权重接近理想权重，加权组合的结果接近高阶精度线性格式；如果整体模板中包含激波等间断结构，那么包含间断的候选模板被赋予较小的权重，其他不包含间断的候选模板被赋予较大的权重，从而避免了跨间断插值，如此一来加权组合的高阶精度格式可以基本无振荡的捕捉激波等间断结构。
5.但是，这种非线性加权高阶精度格式设计方法存在问题，即理想权重专为光滑区域设计，不适用于间断区域附近的高阶精度。当一部分候选模板包含间断时，剩余候选模板的组合不能达到阶数最高的效果。为了解决这一问题，给出了三种种解决方案：采用多步加权组合的方式。整个加权组合过程分成多个步骤来实施，每个步骤中仅涉及两两组合；采用逻辑判断的方式实时调整理想权重的数值。采用两次加权组合的方式，第一次加权组合时求出各个候选模板的动态权重，然后根据各动态权重之间的大小关系进行逻辑判断，依据逻辑判断的结果实时调整理想权重的数值，并进行第二次加权组合。调整中间候选模板的光滑度量因子。将中间候选模板的光滑度量因子改写为多个光滑度量因子的某种组合。
6.通过上述方式，需要采用多次加权组合，这样在进行数值模拟的过程中，也没有借助逻辑判断实时调整理想权重的数值，也无法处理两个间断共存的情况，无法保持无振荡捕捉间断的特性。


技术实现要素：

7.本发明意在提供一种基于多重光滑度量因子的数值模拟方法、装置、终端设备和存储介质，以解决现有技术中存在的不足，本发明要解决的技术问题通过以下技术方案来实现。
8.第一个方面，本发明实施例提供一种基于多重光滑度量因子的数值模拟方法，所述方法包括：获取待模拟的流场区域，并对所述待模拟的流场区域进行拆分，得到多个结构网格；根据所述结构网格，确定每一个结构网格对应的求解点位置和通量点位置；确定每一个求解点位置的节点的物理量数值；采用非线性加权高阶精度插值方法，根据所述节点的物理量数量，确定半节点的物理量数值；根据所述节点的物理量数值和所述半节点的物理量数值，确定节点处的数值通量；根据所述节点处的数值通量对所述待模拟的流场区域进行流场数值的模拟。
9.可选地，所述获取待模拟的流场区域，并对所述待模拟的流场区域进行拆分，得到多个结构网格，包括：在计算坐标系下，基于结构网格的有限差分方法，对每一个结构网格的每一个维度进行求解，得到多个结构网格，其中，所述结构网格包括真实求解点和虚拟求解点，所述真实求解点的值根据当前时的初值条件确定，所述虚拟求解点的值根据边值条件确定。
10.可选地，所述采用非线性加权高阶精度插值方法，根据所述节点的物理量数量，确定半节点的物理量数值，包括：获取多个插值候选模板，并选择最光滑的一个插值候选模板或多个插值候选模板的组合作为目标插值模板；计算多重光滑度量因子，其中，所述光滑度量因子的个数大于所述插值候选模板的个数；根据所述多重光滑度量因子，确定与所述插值候选模板对应的权重。
11.可选地，所述获取多个插值候选模板，并选择最光滑的一个插值候选模板或多个插值候选模板的组合作为目标插值模板，包括：所述插值候选模板的公式如下：;其中，j代表表示节点标号，h代表表示网格间距，uj代表表示j节点处的物理量，代表表示半节点处的真实物理量，sk代表表示第k个候选模板，代表表示
采用第k个候选模板得到的半节点处的近似物理量。
12.可选地，所述计算多重光滑度量因子，包括：多重光滑度量因子通过如下公式获得： ;其中： isk代表表示第k个候选模板上的光滑度量因子，,,,,分别表示j节点处物理量的1~5阶导数。
13.可选地，所述根据所述多重光滑度量因子，确定与所述插值候选模板对应的权重，包括：确定与所述插值候选模板对应的权重，采用如下方式：;;其中，,,是理想权重；ε是防止分母为零的小量，ck表示第k个候选模板的理想权重，isk表示第k个候选模板的光滑度量因子，αk表示第k个候选模板的未归一化的动态权重，ωk表示第k个候选模板的归一化的动态权重。
14.第二个方面，本发明实施例提供一种基于多重光滑度量因子的数值模拟装置，所述装置包括：获取模块，用于获取待模拟的流场区域，并对所述待模拟的流场区域进行拆分，得
到多个结构网格；第二确定模块，用于根据所述结构网格，确定每一个结构网格对应的求解点位置和通量点位置；第三确定模块，用于确定每一个求解点位置的节点的物理量数值；第四确定模块，用于采用非线性加权高阶精度插值方法，根据所述节点的物理量数量，确定半节点的物理量数值；第五确定模块，用于根据所述节点的物理量数值和所述半节点的物理量数值，确定节点处的数值通量；第六确定模块，用于根据所述节点处的数值通量对所述待模拟的流场区域进行流场数值的模拟。
15.可选地，所述获取模块，用于：在计算坐标系下，基于结构网格的有限差分方法，对每一个结构网格的每一个维度进行求解，得到多个结构网格，其中，所述结构网格包括真实求解点和虚拟求解点，所述真实求解点的值根据当前时的初值条件确定，所述虚拟求解点的值根据边值条件确定。
16.可选地，所述第四确定模块用于：获取多个插值候选模板，并选择最光滑的一个插值候选模板或多个插值候选模板的组合作为目标插值模板；计算多重光滑度量因子，其中，所述光滑度量因子的个数大于所述插值候选模板的个数；根据所述多重光滑度量因子，确定与所述插值候选模板对应的权重。
17.可选地，所述第四确定模块用于：所述插值候选模板的公式如下：;其中， j代表表示节点标号，h代表表示网格间距，uj代表表示j节点处的物理量，代表表示半节点处的真实物理量，sk代表表示第k个候选模板，代表表示采用第k个候选模板得到的半节点处的近似物理量。
18.可选地，所述第四确定模块用于：多重光滑度量因子通过如下公式获得：
;其中：isk代表表示第k个候选模板上的光滑度量因子，,,,,分别表示j节点处物理量的1~5阶导数。
19.可选地，所述第四确定模块用于：确定与所述插值候选模板对应的权重，采用如下方式：;;其中，,,是理想权重；ε是防止分母为零的小量，ck表示第k个候选模板的理想权重，isk表示第k个候选模板的光滑度量因子，αk表示第k个候选模板的未归一化的动态权重，ωk表示第k个候选模板的归一化的动态权重。
20.第三个方面，本发明实施例提供一种终端设备，包括：至少一个处理器和存储器；所述存储器存储计算机程序；所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以实现第一个方面提供的基于多重光滑度量因子的数值模拟方法。
21.第四个方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现第一个方面提供的基于多重光滑度量因子的数值模拟方法。
22.本发明实施例包括以下优点：
本发明实施例提供的基于多重光滑度量因子的数值模拟方法、装置、终端设备和存储介质，通过获取待模拟的流场区域，并对待模拟的流场区域进行拆分，得到多个结构网格；根据结构网格，确定每一个结构网格对应的求解点位置和通量点位置；确定每一个求解点位置的节点的物理量数值；采用非线性加权高阶精度插值方法，根据节点的物理量数量，确定半节点的物理量数值；根据节点的物理量数值和半节点的物理量数值，确定节点处的数值通量；根据节点处的数值通量对待模拟的流场区域进行流场数值的模拟，通过本技术实施例，不需要借助多次加权组合；不需要借助逻辑判断实时调整理想权重的数值；能处理两个间断共存的情况，保持无振荡捕捉间断的特性。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术实施例或现有的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本技术一实施例中一种基于多重光滑度量因子的数值模拟方法的流程图；图2为本技术一实施例中计算区域等份示意图；图3为本技术一实施例中半节点值的确定方法示意图；图4为本技术一实施例中候选模板分布示意图；图5a为本技术一实施例中候选模板上间断位置示意图；图5b为本技术一实施例中又一候选模板上间断位置示意图；图5c为本技术一实施例中再一候选模板上间断位置示意图；图5d为本技术一实施例中又一候选模板上间断位置示意图；图5e为本技术一实施例中另一候选模板上间断位置示意图；图5f为本技术一实施例中再一候选模板上间断位置示意图；图6是本发明的一种基于多重光滑度量因子的数值模拟装置实施例的结构框图；图7是本发明的一种终端设备的结构示意图。
具体实施方式
25.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例及相应的附图对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
26.名词解释：navier-stokes方程：由质量守恒、动量守恒和能量守恒组成的流体动力学控制方程组。
27.流场物理量：流动中的密度、速度、压力、温度等物理变量的总称。
28.cfd：computational fluid dynamics，计算流体动力学，以数值离散流动控制方程得到物理流动问题近似解的一门学科。
29.高阶精度格式：空间离散格式的精度为三阶或者三阶以上的数值离散方法。
30.非线性加权格式：以多个候选模板动态组合的格式，各个候选模板的权重不是固定的。
31.理想权重：非线性加权格式中各候选模板在理想权重的作用下严格等价于线性格式，在绝对光滑的流场或均匀流场中，动态权重的取值等于理想权重。
32.is：indicator of smoothness，光滑度量因子，衡量候选模板光滑程度的参数。
33.本发明一实施例提供一种基于多重光滑度量因子的数值模拟方法，用于对结构网格进行流动模拟处理。本实施例的执行主体为基于多重光滑度量因子的数值模拟装置，设置在终端设备上，例如，终端设备至少包括计算机终端等。
34.参照图1，示出了本发明的一种基于多重光滑度量因子的数值模拟方法实施例的步骤流程图，该方法具体可以包括如下步骤：s101、获取待模拟的流场区域，并对待模拟的流场区域进行拆分，得到多个结构网格；具体地，终端设备获取待模拟的流场区域，围绕需模拟的外形流场区域生成贴体结构网格即结构网格单元，以多块对接结构网格覆盖较复杂外形的全部流场区域。
35.基于结构网格的有限差分方法是逐个维度进行求解的，各个维度方向的离散过程和算法相同，因此仅以一维计算为例。将计算坐标系下的离散区域划分为n-1个结构网格。
36.s102、根据结构网格，确定每一个结构网格对应的求解点位置和通量点位置；具体地，根据节点处的物理量数值采用非线性加权高阶精度插值方法得到半节点处的物理量数值。例如，采用5个节点值插值得到1个半节点值。
37.s103、确定每一个求解点位置的节点的物理量数值。
38.s104、采用非线性加权高阶精度插值方法，根据节点的物理量数量，确定半节点的物理量数值；s105、根据节点的物理量数值和半节点的物理量数值，确定节点处的数值通量；s106、根据节点处的数值通量对待模拟的流场区域进行流场数值的模拟。
39.本发明实施例提供的基于多重光滑度量因子的数值模拟方法，通过获取待模拟的流场区域，并对待模拟的流场区域进行拆分，得到多个结构网格；根据结构网格，确定每一个结构网格对应的求解点位置和通量点位置；确定每一个求解点位置的节点的物理量数值；采用非线性加权高阶精度插值方法，根据节点的物理量数量，确定半节点的物理量数值；根据节点的物理量数值和半节点的物理量数值，确定节点处的数值通量；根据节点处的数值通量对待模拟的流场区域进行流场数值的模拟，通过本技术实施例，不需要借助多次加权组合；不需要借助逻辑判断实时调整理想权重的数值；能处理两个间断共存的情况，保持无振荡捕捉间断的特性。
40.本发明又一实施例对上述实施例提供的基于多重光滑度量因子的数值模拟方法做进一步补充说明。
41.可选地，获取待模拟的流场区域，并对待模拟的流场区域进行拆分，得到多个结构网格，包括：在计算坐标系下，基于结构网格的有限差分方法，对每一个结构网格的每一个维度进行求解，得到多个结构网格，其中，结构网格包括真实求解点和虚拟求解点，真实求解点的值根据当前时的初值条件确定，虚拟求解点的值根据边值条件确定。
42.可选地，采用非线性加权高阶精度插值方法，根据节点的物理量数量，确定半节点的物理量数值，包括：获取多个插值候选模板，并选择最光滑的一个插值候选模板或多个插值候选模板的组合作为目标插值模板；计算多重光滑度量因子，其中，光滑度量因子的个数大于插值候选模板的个数；根据多重光滑度量因子，确定与插值候选模板对应的权重。
43.可选地，获取多个插值候选模板，并选择最光滑的一个插值候选模板或多个插值候选模板的组合作为目标插值模板，包括：插值候选模板的公式如下：;其中：j代表表示节点标号，h代表表示网格间距，uj代表表示j节点处的物理量，代表表示半节点处的真实物理量，sk代表表示第k个候选模板，代表表示采用第k个候选模板得到的半节点处的近似物理量。
44.可选地，计算多重光滑度量因子，包括：多重光滑度量因子通过如下公式获得：;其中：isk代表表示第k个候选模板上的光滑度量因子，,,,,分别表示j节点处物理量的1~5阶导数。
45.可选地，根据多重光滑度量因子，确定与插值候选模板对应的权重，包括：确定与插值候选模板对应的权重，采用如下方式：
;;其中，是防止分母为零的小量，,,是理想权重；上式中ε是防止分母为零的小量， ck表示第k个候选模板的理想权重，isk表示第k个候选模板的光滑度量因子，αk表示第k个候选模板的未归一化的动态权重，ωk表示第k个候选模板的归一化的动态权重。
46.本发明实施例在采用非线性加权高阶精度格式求解navier-stokes方程时，设计了多重光滑度量因子，光滑度量因子的个数大于候选模板的个数，并且新设计了各候选模板的动态权重计算方法，以解决“为光滑区域设计的理想权重，不适用于间断区域附近的高阶精度”的问题，提高激波附近的数值模拟精度。
47.为了达到上述目的，本发明实施例提供的技术方案是：步骤一、计算区域的划分。
48.基于结构网格的有限差分方法是逐个维度进行求解的，各个维度方向的离散过程和算法相同，因此仅以一维计算为例。将计算坐标系下的离散区域划分为n-1个单元，如图2所示。
49.其中标号为1~n-1的求解点是真实求解点，其它求解点为虚拟求解点。当前时刻t真实求解点的值由初值条件给定，虚拟求解点的值由边值条件给定。
50.步骤二、根据节点处的物理量数值采用非线性加权高阶精度插值方法得到半节点处的物理量数值。如图3所示，采用5个节点值插值得到1个半节点值。
51.（1）插值模板的设计方法。如图4所示，由三个3点候选模板组成。各候选模板上的插值公式为：;其中：j代表表示节点标号，h代表表示网格间距，uj代表表示j节点处的物理量，代表表示半节点处的真实物理量，sk代表表示第k个候选模板，代表表示采用第k个候选模板得到的半节点处的近似物理量。
52.（2）多重光滑度量因子的设计方法。本发明实施例提供了多重光滑度量因子，光滑度量因子的个数大于候选模板的个数。m点候选模板光滑度量因子由m-2和m-1阶导数的差分算子的平方和表示，采用如下公式计算多重光滑度量因子：其泰勒展开分别为：;其中：isk代表表示第k个候选模板上的光滑度量因子，,,,,分别表示j节点处物理量的1~5阶导数。
53.（3）各候选模板的动态权重的设计方法。动态权重以表示，本发明实施例中依据多重光滑度量因子确定各候选模板的动态权重，采用如下方式：;
;其中，是防止分母为零的小量，,,是理想权重；ε是防止分母为零的小量，ck表示第k个候选模板的理想权重，isk表示第k个候选模板的光滑度量因子，αk表示第k个候选模板的未归一化的动态权重，ωk表示第k个候选模板的归一化的动态权重。
54.采用本发明实施例中的动态权重设计方法，总是能够使得加权组合的结果是阶数最高的，并且能处理两个间断共存的情况：当候选模板s1、s2和s3上均不存在间断时，加权组合的结果是5阶精度（如图5f）；当仅有候选模板s1或s3上存在间断时，加权组合的结果是4阶精度（如图5a和图5d）；当候选模板s1和s2（或者s2和s3）上存在间断时，加权组合的结果是3阶精度（如图5b和图5c）；当候选模板s1和s3上分别存在一个间断时，加权组合的结果是3阶精度（如图5e）。
55.本发明实施例：采用多重光滑度量因子确定各候选模板的动态权重。其内在机制是选择最光滑的一个候选模板或多个候选模板的组合作为最终插值模板，并且自动赋予其适宜的权重来保证阶数最高。为光滑区域设计的理想权重，同样适用于间断区域附近的高阶精度。不需要借助多次加权组合。不需要借助逻辑判断实时调整理想权重的数值。能处理两个间断共存的情况，保持无振荡捕捉间断的特性。
56.（4）计算得到半节点处的物理量数值。
57.其中，j表示节点标号，ωk表示第k个候选模板的归一化的动态权重，代表表示采用第k个候选模板得到的半节点处的近似物理量，表示最终得到的半节点处的近似物理量。
58.步骤三、对于j=0,1,
…
,n-1重复步骤二。
59.步骤四、计算各节点、半节点处的数值通量。节点处的数值通量由节点处的流场变量uj和网格导数直接计算得到，半节点处的数值通量可以采用多种常用的数值通量计算方法，例如roe、steger-warming等。
60.步骤五、计算节点处的数值通量导数。采用如下方式;
其中，j表示节点标号，h表示网格间距，表示节点处的数值通量，表示半节点处的数值通量，表示节点处的数值通量的一阶导数。
61.步骤六、更新下一时刻的节点处的物理量值。
62.;其中，j表示节点标号，t表示当前时刻，表示当前时刻节点处的物理量，t+1表示下一时刻，表示下一时刻节点处的物理量，
ꢀ∆
t表示时间步长，表示节点处的数值通量的一阶导数。
63.本发明实施例具有如下技术效果：（1）总是能够选择最光滑的一个候选模板或多个候选模板的组合作为最终插值模板，并且自动赋予其适宜的权重来保证阶数最高。为光滑区域设计的理想权重，同样适用于间断区域附近的高阶精度。
64.（2）不需要借助多次加权组合；不需要借助逻辑判断实时调整理想权重的数值；能处理两个间断共存的情况，保持无振荡捕捉间断的特性。
65.本发明实施例基于结构网格高阶精度有限差分方法的非线性加权高阶精度格式设计方法，具体体现为：（1）设计了多重光滑度量因子，光滑度量因子的个数大于候选模板的个数；（2）各候选模板的动态权重的设计方法，采用多重光滑度量因子确定各候选模板的动态权重。
66.需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
67.本发明实施例提供的基于多重光滑度量因子的数值模拟方法，通过获取待模拟的流场区域，并对待模拟的流场区域进行拆分，得到多个结构网格；根据结构网格，确定每一个结构网格对应的求解点位置和通量点位置；确定每一个求解点位置的节点的物理量数值；采用非线性加权高阶精度插值方法，根据节点的物理量数量，确定半节点的物理量数值；根据节点的物理量数值和半节点的物理量数值，确定节点处的数值通量；根据节点处的数值通量对待模拟的流场区域进行流场数值的模拟，通过本技术实施例，不需要借助多次加权组合；不需要借助逻辑判断实时调整理想权重的数值；能处理两个间断共存的情况，保持无振荡捕捉间断的特性。
68.本发明另一实施例提供一种基于多重光滑度量因子的数值模拟装置，用于执行上述实施例提供的基于多重光滑度量因子的数值模拟方法。
69.参照图6，示出了本发明的一种基于多重光滑度量因子的数值模拟装置实施例的结构框图，该装置具体可以包括如下模块：获取模块601、第二确定模块602、第三确定模块603、第四确定模块604、第五确定模块605和第六确定模块606，其中：
获取模块601用于获取待模拟的流场区域，并对待模拟的流场区域进行拆分，得到多个结构网格；第二确定模块602用于根据结构网格，确定每一个结构网格对应的求解点位置和通量点位置；第三确定模块603用于确定每一个求解点位置的节点的物理量数值；第四确定模块604用于采用非线性加权高阶精度插值方法，根据节点的物理量数量，确定半节点的物理量数值；第五确定模块605用于根据节点的物理量数值和半节点的物理量数值，确定节点处的数值通量；第六确定模块606用于根据节点处的数值通量对待模拟的流场区域进行流场数值的模拟。
70.本发明实施例提供的基于多重光滑度量因子的数值模拟装置，通过获取待模拟的流场区域，并对待模拟的流场区域进行拆分，得到多个结构网格；根据结构网格，确定每一个结构网格对应的求解点位置和通量点位置；确定每一个求解点位置的节点的物理量数值；采用非线性加权高阶精度插值方法，根据节点的物理量数量，确定半节点的物理量数值；根据节点的物理量数值和半节点的物理量数值，确定节点处的数值通量；根据节点处的数值通量对待模拟的流场区域进行流场数值的模拟，通过本技术实施例，不需要借助多次加权组合；不需要借助逻辑判断实时调整理想权重的数值；能处理两个间断共存的情况，保持无振荡捕捉间断的特性。
71.本发明又一实施例对上述实施例提供的基于多重光滑度量因子的数值模拟装置做进一步补充说明。
72.可选地，获取模块，用于：在计算坐标系下，基于结构网格的有限差分方法，对每一个结构网格的每一个维度进行求解，得到多个结构网格，其中，结构网格包括真实求解点和虚拟求解点，真实求解点的值根据当前时的初值条件确定，虚拟求解点的值根据边值条件确定。
73.可选地，第四确定模块用于：获取多个插值候选模板，并选择最光滑的一个插值候选模板或多个插值候选模板的组合作为目标插值模板；计算多重光滑度量因子，其中，光滑度量因子的个数大于插值候选模板的个数；根据多重光滑度量因子，确定与插值候选模板对应的权重。
74.可选地，第四确定模块用于：插值候选模板的公式如下：;其中，j代表表示节点标号，h代表表示网格间距，uj代表表示j节点处的物理量，
代表表示半节点处的真实物理量，sk代表表示第k个候选模板，代表表示采用第k个候选模板得到的半节点处的近似物理量。
75.可选地，第四确定模块用于：多重光滑度量因子通过如下公式获得：;其中： isk代表表示第k个候选模板上的光滑度量因子，,,,,分别表示j节点处物理量的1~5阶导数。
76.可选地，第四确定模块用于：确定与插值候选模板对应的权重，采用如下方式：;;其中，,,是理想权重。上式中ε是防止分母为零的小量，ck表示第k个候选模板的理想权重，isk表示第k个候选模板的光滑度量因子，αk表示第k个候选模板的未归一化的动态权重，ωk表示第k个候选模板的归一化的动态权重。
77.对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
78.本发明实施例提供的基于多重光滑度量因子的数值模拟装置，通过获取待模拟的
流场区域，并对待模拟的流场区域进行拆分，得到多个结构网格；根据结构网格，确定每一个结构网格对应的求解点位置和通量点位置；确定每一个求解点位置的节点的物理量数值；采用非线性加权高阶精度插值方法，根据节点的物理量数量，确定半节点的物理量数值；根据节点的物理量数值和半节点的物理量数值，确定节点处的数值通量；根据节点处的数值通量对待模拟的流场区域进行流场数值的模拟，通过本技术实施例，不需要借助多次加权组合；不需要借助逻辑判断实时调整理想权重的数值；能处理两个间断共存的情况，保持无振荡捕捉间断的特性。
79.本发明再一实施例提供一种终端设备，用于执行上述实施例提供的基于多重光滑度量因子的数值模拟方法。
80.图7是本发明的一种终端设备的结构示意图，如图7所示，该终端设备包括：至少一个处理器701和存储器702；存储器存储计算机程序；至少一个处理器执行存储器存储的计算机程序，以实现上述实施例提供的基于多重光滑度量因子的数值模拟方法。
81.本实施例提供的终端设备，通过获取待模拟的流场区域，并对待模拟的流场区域进行拆分，得到多个结构网格；根据结构网格，确定每一个结构网格对应的求解点位置和通量点位置；确定每一个求解点位置的节点的物理量数值；采用非线性加权高阶精度插值方法，根据节点的物理量数量，确定半节点的物理量数值；根据节点的物理量数值和半节点的物理量数值，确定节点处的数值通量；根据节点处的数值通量对待模拟的流场区域进行流场数值的模拟，通过本技术实施例，不需要借助多次加权组合；不需要借助逻辑判断实时调整理想权重的数值；能处理两个间断共存的情况，保持无振荡捕捉间断的特性。
82.本技术又一实施例提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，计算机程序被执行时实现上述任一实施例提供的基于多重光滑度量因子的数值模拟方法。
83.根据本实施例的计算机可读存储介质，通过获取待模拟的流场区域，并对待模拟的流场区域进行拆分，得到多个结构网格；根据结构网格，确定每一个结构网格对应的求解点位置和通量点位置；确定每一个求解点位置的节点的物理量数值；采用非线性加权高阶精度插值方法，根据节点的物理量数量，确定半节点的物理量数值；根据节点的物理量数值和半节点的物理量数值，确定节点处的数值通量；根据节点处的数值通量对待模拟的流场区域进行流场数值的模拟，通过本技术实施例，不需要借助多次加权组合；不需要借助逻辑判断实时调整理想权重的数值；能处理两个间断共存的情况，保持无振荡捕捉间断的特性。
84.应该指出，上述详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语均具有与本技术所属技术领域的普通技术人员的通常理解所相同的含义。
85.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
86.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用
的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
87.此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
88.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位，如旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
89.在上面详细的说明中，参考了附图，附图形成本文的一部分。在附图中，类似的符号典型地确定类似的部件，除非上下文以其他方式指明。在详细的说明书、附图及权利要求书中所描述的图示说明的实施方案不意味是限制性的。在不脱离本文所呈现的主题的精神或范围下，其他实施方案可以被使用，并且可以作其他改变。
90.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于多重光滑度量因子的数值模拟方法，其特征在于，所述方法包括：获取待模拟的流场区域，并对所述待模拟的流场区域进行拆分，得到多个结构网格；根据所述结构网格，确定每一个结构网格对应的求解点位置和通量点位置；确定每一个求解点位置的节点的物理量数值；采用非线性加权高阶精度插值方法，根据所述节点的物理量数量，确定半节点的物理量数值；根据所述节点的物理量数值和所述半节点的物理量数值，确定节点处的数值通量；根据所述节点处的数值通量对所述待模拟的流场区域进行流场数值的模拟。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取待模拟的流场区域，并对所述待模拟的流场区域进行拆分，得到多个结构网格，包括：在计算坐标系下，基于结构网格的有限差分方法，对每一个结构网格的每一个维度进行求解，得到多个结构网格，其中，所述结构网格包括真实求解点和虚拟求解点，所述真实求解点的值根据当前时的初值条件确定，所述虚拟求解点的值根据边值条件确定。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用非线性加权高阶精度插值方法，根据所述节点的物理量数量，确定半节点的物理量数值，包括：获取多个插值候选模板，并选择最光滑的一个插值候选模板或多个插值候选模板的组合作为目标插值模板；计算多重光滑度量因子，其中，所述光滑度量因子的个数大于所述插值候选模板的个数；根据所述多重光滑度量因子，确定与所述目标插值候选模板对应的权重。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取多个插值候选模板，并选择最光滑的一个插值候选模板或多个插值候选模板的组合作为目标插值模板，包括：所述插值候选模板的公式如下：;其中： j代表表示节点标号，h代表表示网格间距，u
j
代表表示j节点处的物理量，代表表示半节点处的真实物理量，s
k
代表表示第k个候选模板，代表表示采用第k个候选模板得到的半节点处的近似物理量。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算多重光滑度量因子，包括：多重光滑度量因子通过如下公式获得：
;其中：is
k
代表表示第k个候选模板上的光滑度量因子，,,,,分别表示j节点处物理量的1~5阶导数。6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述多重光滑度量因子，确定与所述插值候选模板对应的权重，包括：确定与所述插值候选模板对应的权重，采用如下方式：;;其中，,,是理想权重; ε是防止分母为零的小量，c
k
表示第k个候选模板的理想权重，is
k
表示第k个候选模板的光滑度量因子，α
k
表示第k个候选模板的未归一化的动态权重，ω
k
表示第k个候选模板的归一化的动态权重。7.一种基于多重光滑度量因子的数值模拟装置，其特征在于，所述装置包括：获取模块，用于获取待模拟的流场区域，并对所述待模拟的流场区域进行拆分，得到多个结构网格；第二确定模块，用于根据所述结构网格，确定每一个结构网格对应的求解点位置和通量点位置；第三确定模块，用于确定每一个求解点位置的节点的物理量数值；第四确定模块，用于采用非线性加权高阶精度插值方法，根据所述节点的物理量数量，确定半节点的物理量数值；
第五确定模块，用于根据所述节点的物理量数值和所述半节点的物理量数值，确定节点处的数值通量；第六确定模块，用于根据所述节点处的数值通量对所述待模拟的流场区域进行流场数值的模拟。8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述获取模块，用于：在计算坐标系下，基于结构网格的有限差分方法，对每一个结构网格的每一个维度进行求解，得到多个结构网格，其中，所述结构网格包括真实求解点和虚拟求解点，所述真实求解点的值根据当前时的初值条件确定，所述虚拟求解点的值根据边值条件确定。9.一种终端设备，其特征在于，包括：至少一个处理器和存储器；所述存储器存储计算机程序；所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以实现权利要求1-6中任一项所述的基于多重光滑度量因子的数值模拟方法。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现权利要求1-6中任一项所述的基于多重光滑度量因子的数值模拟方法。

技术总结
本申请公开了一种基于多重光滑度量因子的数值模拟方法及装置，通过获取待模拟的流场区域，并对待模拟的流场区域进行拆分，得到多个结构网格；根据结构网格，确定每一个结构网格对应的求解点位置和通量点位置；确定每一个求解点位置的节点的物理量数值；采用非线性加权高阶精度插值方法，根据节点的物理量数量，确定半节点的物理量数值；根据节点的物理量数值和半节点的物理量数值，确定节点处的数值通量；根据节点处的数值通量对待模拟的流场区域进行流场数值的模拟，通过本申请实施例，不需要借助多次加权组合；不需要借助逻辑判断实时调整理想权重的数值；能处理两个间断共存的情况，保持无振荡捕捉间断的特性。保持无振荡捕捉间断的特性。保持无振荡捕捉间断的特性。


技术研发人员：马燕凯 白进维 闵耀兵 毛枚良 燕振国 孙堃 朱华君 江定武
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所
技术研发日：2023.08.07
技术公布日：2023/9/7