本發(fā)明涉及湍流求解，特別涉及一種渦動力學的各向同性均勻湍流求解方法、裝置、設備及介質(zhì)。

背景技術：

1、均勻各向同性湍流是一種理想的湍流簡化形態(tài)，現(xiàn)有湍流統(tǒng)計理論的成果絕大部分都是建立在均勻各向同性的假設上得到的，因此構(gòu)建均勻各向同性湍流求解方法具有重要意義。面對工業(yè)規(guī)模的數(shù)值仿真場景，傳統(tǒng)的各向同性均勻湍流求解器一方面基于navier-stokes方程，另一方面基于譜方法。傳統(tǒng)方法的缺點是，ns方程投影到譜空間后再施加強迫湍流力源項會導致gibbs現(xiàn)象，產(chǎn)生數(shù)值剛性，數(shù)值魯棒性很弱。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種渦動力學的各向同性均勻湍流求解方法、裝置、設備及介質(zhì)，能夠避免方程投影到譜空間施加強迫湍流力源項會導致的gibbs現(xiàn)象，提高求解數(shù)值的魯棒性。其具體方案如下：

2、第一方面，本技術公開了一種渦動力學的各向同性均勻湍流求解方法，包括：

3、基于各向同性均勻湍流求解需求設置初始激勵系數(shù)，以基于所述初始激勵系數(shù)創(chuàng)建求解所述各向同性均勻湍流求解需求對應的預設渦動力學方程；

4、根據(jù)預設數(shù)值離散格式和對流分裂算法并利用所述各向同性均勻湍流求解需求中的初始速度信息和初始渦信息對所述預設渦動力學方程的各組成項進行數(shù)值離散處理，以基于離散結(jié)果獲取更新后速度信息和更新后渦信息，并將所述更新后速度信息和所述更新后渦信息分別作為下一時間步的初始速度信息和初始渦信息；

5、利用所述更新后速度信息以及預設線性湍流強迫力模型計算并更新所述各向同性均勻湍流求解需求的初始激勵系數(shù)，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行所述基于所述初始激勵系數(shù)創(chuàng)建求解所述各向同性均勻湍流求解需求對應的預設渦動力學方程的步驟，直至停止迭代操作，以獲取與所述各向同性均勻湍流求解需求對應的各時間步下的更新后速度信息和更新后渦信息。

6、可選的，所述基于所述初始激勵系數(shù)創(chuàng)建求解所述各向同性均勻湍流求解需求對應的預設渦動力學方程，包括：

7、創(chuàng)建求解所述各向同性均勻湍流求解需求對應的預設渦動力學方程；其中，所述預設渦動力學方程為：

8、；其中，a表示初始激勵系數(shù)，表示為渦矢量，表示速度矢量，表示流體運動粘度，表示時間，表示位移矢量；表示固壁約束的速度矢量，表示旋度，用于約束固壁處渦矢量的約束條件，表示旋度算子，表示以愛因斯坦張量表示的三維空間中三個坐標軸的方向，且的值分別為1，2，3。

9、可選的，所述根據(jù)預設數(shù)值離散格式和對流分裂算法并利用所述各向同性均勻湍流求解需求中的初始速度信息和初始渦信息對所述預設渦動力學方程的各組成項進行數(shù)值離散處理，以基于離散結(jié)果獲取更新后速度信息和更新后渦信息，包括：

10、利用runge-kutta?3階格式耦合crank-nicolson?2階格式的第一數(shù)值離散格式并基于所述各向同性均勻湍流求解需求中的初始速度信息和初始渦信息對所述預設渦動力學方程的非定常時間項進行數(shù)值離散處理，以得到第一離散結(jié)果；

11、利用6階緊致差分耦合weno5的混合格式、對流分裂算法的第二數(shù)值離散格式并基于所述各向同性均勻湍流求解需求中的初始速度信息和初始渦信息對所述預設渦動力學方程的非線性對流項進行數(shù)值離散處理，以得到第二離散結(jié)果；

12、利用2階中心差分格式的第三數(shù)值離散格式對并基于所述各向同性均勻湍流求解需求中的初始速度信息和初始渦信息對所述預設渦動力學方程的耗散項、渦拉伸項、旋度項進行數(shù)值離散處理，以得到第三離散結(jié)果；

13、基于所述第一離散結(jié)果、所述第二離散結(jié)果、所述第三離散結(jié)果獲取更新后速度信息和更新后渦信息。

14、可選的，所述基于所述第一離散結(jié)果、所述第二離散結(jié)果、所述第三離散結(jié)果獲取更新后速度信息和更新后渦信息，包括：

15、根據(jù)所述第一離散結(jié)果、所述第二離散結(jié)果、所述第三離散結(jié)果計算并獲取所述預設渦動力學方程輸出的過程渦信息，并將所述過程渦信息作為更新后渦信息；

16、利用所述過程渦信息對與所述預設渦動力學方程關聯(lián)的流函數(shù)矢量控制方程進行數(shù)值求解，以得到更新后流函數(shù)矢量；

17、對所述更新后流函數(shù)矢量進行旋度計算，以得到更新后速度信息。

18、可選的，所述對所述更新后流函數(shù)矢量進行旋度計算，以得到更新后速度信息，包括：

19、利用對所述更新后流函數(shù)矢量進行旋度計算，以得到更新后速度信息，其中，表示更新后流函數(shù)矢量。

20、可選的，所述利用所述過程渦信息對與所述預設渦動力學方程關聯(lián)的流函數(shù)矢量控制方程進行數(shù)值求解，以得到更新后流函數(shù)矢量之前，還包括：

21、構(gòu)建作為流函數(shù)矢量控制方程；其中，表示流函數(shù)矢量，n表示計算域邊界的法向量。

22、可選的，所述利用所述更新后速度信息以及預設線性湍流強迫力模型計算并更新所述各向同性均勻湍流求解需求的初始激勵系數(shù)之前，還包括：

23、構(gòu)建作為預設線性湍流強迫力模型；其中，<?>表示對計算域進行統(tǒng)計平均，表示統(tǒng)計平均耗散率，表示統(tǒng)計平均湍動能，表示目標湍動能。

24、第二方面，本技術公開了一種渦動力學的各向同性均勻湍流求解裝置，包括：

25、方程創(chuàng)建模塊，用于基于各向同性均勻湍流求解需求設置初始激勵系數(shù)，以基于所述初始激勵系數(shù)創(chuàng)建求解所述各向同性均勻湍流求解需求對應的預設渦動力學方程；

26、數(shù)值離散模塊，用于根據(jù)預設數(shù)值離散格式和對流分裂算法并利用所述各向同性均勻湍流求解需求中的初始速度信息和初始渦信息對所述預設渦動力學方程的各組成項進行數(shù)值離散處理，以基于離散結(jié)果獲取更新后速度信息和更新后渦信息，并將所述更新后速度信息和所述更新后渦信息分別作為下一時間步的初始速度信息和初始渦信息；

27、求解模塊，用于利用所述更新后速度信息以及預設線性湍流強迫力模型計算并更新所述各向同性均勻湍流求解需求的初始激勵系數(shù)，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行所述基于所述初始激勵系數(shù)創(chuàng)建求解所述各向同性均勻湍流求解需求對應的預設渦動力學方程的步驟，直至停止迭代操作，以獲取與所述各向同性均勻湍流求解需求對應的各時間步下的更新后速度信息和更新后渦信息。

28、第三方面，本技術公開了一種電子設備，包括：

29、存儲器，用于保存計算機程序；

30、處理器，用于執(zhí)行所述計算機程序，以實現(xiàn)前述公開的渦動力學的各向同性均勻湍流求解方法的步驟。

31、第四方面，本技術公開了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，用于存儲計算機程序；其中，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)前述公開的渦動力學的各向同性均勻湍流求解方法的步驟。

32、可見，本技術公開了一種渦動力學的各向同性均勻湍流求解方法，包括：基于各向同性均勻湍流求解需求設置初始激勵系數(shù)，以基于所述初始激勵系數(shù)創(chuàng)建求解所述各向同性均勻湍流求解需求對應的預設渦動力學方程；根據(jù)預設數(shù)值離散格式和對流分裂算法并利用所述各向同性均勻湍流求解需求中的初始速度信息和初始渦信息對所述預設渦動力學方程的各組成項進行數(shù)值離散處理，以基于離散結(jié)果獲取更新后速度信息和更新后渦信息，并將所述更新后速度信息和所述更新后渦信息分別作為下一時間步的初始速度信息和初始渦信息；利用所述更新后速度信息以及預設線性湍流強迫力模型計算并更新所述各向同性均勻湍流求解需求的初始激勵系數(shù)，并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行所述基于所述初始激勵系數(shù)創(chuàng)建求解所述各向同性均勻湍流求解需求對應的預設渦動力學方程的步驟，直至停止迭代操作，以獲取與所述各向同性均勻湍流求解需求對應的各時間步下的更新后速度信息和更新后渦信息。由此可見，通過采用預設渦動力學方程結(jié)合預設線性湍流強迫力模型，摒棄了投影到譜空間的做法，避免了復雜的fourier變換步驟，從而提高了計算效率，而且完全避免了gibbs現(xiàn)象的產(chǎn)生，大大提高了求解器的魯棒性。