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申请/专利权人：浙江大学

摘要：本发明公开了一种基于物理的适体均匀无网格高性能布点方法。该方法首先使用二次布点方法实现了壁面粒子的快速均匀布点，以及对于不同面的边界条件标记；其次，使用了填充算法实现了内部流体粒子布点；最后，使用了改进的离散单元法调整了内部流体粒子分布，得到满足适体分布的内部流体粒子，做到了各向同性。该方法使用CUDA和MPI完成了并行加速，能够对工程复杂三维几何完成鲁棒的布点，满足了无网格方法前处理对于布点规模、精度以及计算速度、规模和鲁棒性的要求。

主权项：1.一种基于物理的适体均匀无网格高性能布点方法，其特征在于，包括以下步骤：1基于待绘制的物理几何体绘制几何模型或基于所述物理几何体对已有几何模型进行清理与修复，从而得到所述物理几何体的壁面几何模型与流体几何模型；2对壁面几何模型表面进行Delaunay三角剖分得到三角形面片，接着使用二次布点法对三角形面片进行二次布点，得到满足壁面几何模型表面各向同性分布并且适应物理几何体物理特征分布的外壁面粒子；所述使用二次布点法对三角形面片进行二次布点具体为：分别对三角形面片进行边长布点和内部布点，其中边长布点为根据预先设定的壁面粒子间距沿着三角形面片边长的方向进行划分，得到的节点即为壁面粒子；内部布点为计算三角面片单位法向量，并选择三角面片单位法向量投影最大的坐标面，在该坐标面内确定一个由三角形面片正投影最大坐标和最小坐标确定的矩形区域，从矩形区域左下节点开始，沿着坐标面两坐标轴正方向，按照设定的壁面粒子间距的进行填充布点，保留位于三角形面片正投影区域内的填充点，并控制填充点到三角形三边的最小距离大于等于壁面粒子间距，将所述填充点将作为壁面粒子，并通过三角面片单位法向量得到壁面粒子另一个方向坐标；3使用填充算法和并行加速计算技术填充流体几何模型，得到内部流体粒子；填充流体几何模型时，需要先确定填充的流体粒子几何边界；当流体粒子几何边界是在外壁面上，以步骤2得到的外壁面粒子作为流体区域的边界粒子，从而确定流体粒子几何边界；当流体粒子几何边界是外壁面内的一部分区域时，对这部分区域的几何模型进行步骤2的操作，得到流体区域的边界粒子从而确定流体粒子几何边界；再使用填充算法和并行加速计算技术对确定流体粒子几何边界的流体区域进行内部流体粒子填充；使用填充算法和并行加速计算技术对确定流体粒子几何边界的流体区域进行内部流体粒子填充时，并行加速计算技术首先依据背景网格索引后的内部流体粒子序号分配该流体粒子所对应的线程索引，然后调用CUDA核函数进行每个流体粒子的填充算法，从而实现粒子填充的并行化；其中背景网格整体边界将根据流体区域三个方向维度最大或最小确定，背景网格大小将根据预先设定的填充间距进行自适应地调整，以同时兼顾计算的速度和稳定性，待填充的粒子序号将根据其所位于的背景网格索引生成的索引值确定；所述填充算法包括以下步骤：3.1在流体区域内定义一个种子点，种子点也是一个填充的流体粒子；3.2判断与种子点间隔一个填充间距的六个相邻点是否同时满足射线函数和粒子碰撞函数的条件，如果同时满足，则说明该点满足填充条件，将会被填充为一个流体粒子，并对该点做出已填充的标记，如果不满足填充条件，会对该点做出不需要填充的标记，以避免再次重复判断；所述六个相邻点位于以种子点为原点的三维坐标轴上；3.3以新填充的流体粒子作为种子点重复步骤3.2的操作，直至流体区域全部填充完成；4使用改进的离散单元法和并行加速计算技术对内部流体粒子分布进行调整，从而消除内部流体粒子分布的锯齿状，得到满足流体几何模型空间各向同性分布并且适应物理几何体物理特征分布的内部流体粒子；所述改进的离散单元法具体为：在计算内部流体粒子受力时，假定内部流体粒子均为粒子直径为，粒子密度为的刚性粒子，所述内部流体粒子受力为与其直径范围内接触的其他粒子所得的法向弹性力合力，并屏蔽所述内部流体粒子受的重力、切向弹性力、法向阻尼力和切向阻尼力；粒子受力后仅发生平行移动，在每个时间步计算得到粒子新位置后将粒子速度重置为0；当达到均匀分布条件时，所有流体粒子受到法向弹性力的合力为0，不再发生运动，此时即为计算收敛的时刻；5输出外壁面粒子和内部流体粒子的坐标、单位法向量、边界值，完成适体均匀无网格布点。

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