(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210740653.8 (22)申请日 2022.06.28 (71)申请人 中国海洋大学 地址 266100 山东省青岛市崂山区松岭路 238号 (72)发明人 刘勇　陈永焜　吴昕瑛　李渭钦　 (74)专利代理 机构 南京智造力知识产权代理有 限公司 32382 专利代理师 张明明 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/25(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 119/06(2020.01) (54)发明名称 一种分析流体对多孔介质海洋结构物作用 的无网格数值方法、 装置 (57)摘要 本发明提供一种分析流体对多孔介质海洋 结构物作用的无网格数值方法、 装置， 建立模拟 流体对多孔介质海洋结构物作用的模 型， 布置流 体粒子和多孔介质海洋结构物粒子； 对大涡模拟 光滑粒子流体动力学模型的连续性方程、 动量方 程进行积分计算， 得到所有流体粒子的位置、 速 度、 压强和密度， 基于体积分数、 位置、 速度、 压强 和密度， 计算能量守恒方程中流体粒子的扩散项 耗散能量功率、 粘性项耗散能量功率、 多孔介质 海洋结构物压缩流体所引起的能量变化功率 以 及多孔介质海洋结构物阻力耗散能量功率， 并进 行积分， 用能量守恒方程中的机械能和内能表达 式， 得到所有流体粒子的机械能和内能。 本发明 能准确分析流体对多孔介质 海洋结构物作用的 能量耗散机理。 权利要求书2页 说明书7页 附图1页 CN 115310166 A 2022.11.08 CN 115310166 A 1.一种分析流体对多孔介质海洋结构物作用的无网格数值方法， 其特 征在于： 建立模拟流体对多孔介质海洋结构物作用的模型， 布置流体粒子和多孔介质海洋结构 物粒子； 对大涡模拟SPH模型的连续性方程、 动量方程进行积分计算， 得到所有流体粒子的位 置、 速度、 压强和密度； 基于所有流体粒子的体积分数、 位置、 速度、 压强和密度， 计算大涡模拟SPH模型 能量守 恒方程中的流体粒子的扩散项耗散能量功率、 粘性项耗散能量功率、 多孔介质海洋结构物 压缩流体所引起的能量变化功率以及多孔介质海洋结构物阻力耗散能量功率， 并进行积 分； 利用所述能量守恒方程中的机械能和内能表达式， 得到所有流体粒子的机械能和内 能； 所述能量守恒方程 为： 其中： εM表示流体粒子的机械能， εC表示流体粒子的内能； Pδ表示扩散项耗散能量功率， Pυ表示粘性项耗散能量功率， 表示多孔介质海洋结构物压缩流体所引起的能量变化功 率， PR表示多孔介质海洋结构物阻力耗散能量功率， 且： 其中： fluid表示流体， pi表示流体粒子 的压强， ρi表示流体粒子的密度， Vi表示流体粒 子i的体积， 参数 为流体粒子i和流体粒子j扩散项的量级的几何平均 值， W(ri‑rj)表示流 体粒子i和流体粒子j间的光滑 核函数， ri表示流体粒子 i的位置矢 量， rj表示流体粒子j的位 置矢量， Vj表示流体粒子j的体积， 表示流体粒子i的体积分数， 表示体积分数 与层流 运动粘度系数 υi的积； 为 和 的几何平均值， 表示流体粒子i体积分数 与其湍流 运动粘度系数 的积， 表示流体粒子j体积分数 与其湍流运动粘度系数 的积； πij为 动量方程 中的粘性项， ui表示流体粒子i的速度， uj表示流体粒子j的速度， 表示哈密顿算 子， 表示多孔介质海洋结构物粒子的流体体积分数， ra表示多孔介质海洋结构物粒子的 位置矢量， Va表示多孔介质海洋结构物粒子的体积， Ri表示流体粒子i所受多孔介质阻力， W (ri‑ra)表示流体粒子i和多孔介质海洋结构物粒子a间的光滑核函数。 2.根据权利要求1所述的无网格数值方法， 其特征在于， 所述大涡模拟SPH模型的连续 性方程、 动量方程分别为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115310166 A 2其中： mj表示流体 粒子j的质量， Dij表示扩散项， g表示流体的重力加速度， pj表示流体 粒 子j的压强。 3.根据权利要求1所述的无网格数值方法， 其特征在于， 所述流体粒子的体积分数通过 下述公式计算得到： 4.根据权利要求1所述的无网格数值方法， 其特征在于， 利用流体粒子的初始间距、 多 孔介质海洋结构物粒子的间距， 分别计算得到流体粒子和多孔介质海洋结构物粒子的体 积。 5.根据权利要求1所述的无网格数值方法， 其特 征在于， 所述动量方程中的粘性项为： 其中： n为流体对多孔介质海洋结构物作用的维度， h为 光滑长度。 6.根据权利要求1所述的无网格数值方法， 其特征在于， 所述机械能εM＝εK+εP， 动能 势能 g表示流体的重力加速度。 7.根据权利要求1所述的无网格数值方法， 其特征在于， 所述流体为水时， 模拟流体对 多孔介质海洋结构物作用的模型为数值波浪水槽 。 8.一种实现权利要求1 ‑7任一项所述的无网格数值方法的装置， 其特 征在于， 包括： 模型建立模块， 用于建立模拟流体对多孔介质海洋结构物作用的模型； 流体粒子的能量变化速率计算模块， 基于所有流体粒子体积分数、 位置、 速度、 压强和 密度， 计算流体粒子的能量变化速率， 包括扩散项耗散能量功率、 粘性项耗散能量功率、 多 孔介质海洋结构物压缩流体所引起的能量变化功率以及多孔介质海洋结构物阻力耗散能 量功率， 并进行积分； 流体粒子的能量计算模块， 对流体粒子的能量变化速率的计算公式进行积分， 进而计 算流体粒子的机 械能和内能。 9.一种电子设备， 其特 征在于， 包括存 储器和处 理器； 所述存储器用于存 储计算机程序； 所述处理器用于执行所述计算机程序并在执行所述计算机程序时实现如权利要求1 ‑8 任一项所述的无网格数值方法。 10.一种存储介质， 其特征在于， 所述存储介质存储有计算机程序， 所述计算机程序被 处理器执行时使所述处 理器执行如权利要求1 ‑8任一项所述的无网格数值方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115310166 A 3