(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 202211163434.4 (22)申请日 2022.09.23 (71)申请人 福州大学 地址 350108 福建省福州市闽侯县福州大 学城乌龙江北 大道2号福州大 学 (72)发明人 林川　林彦喆　刘荣锋　黄学钊　 施贵馨　桂星煜　王翔宇　 (74)专利代理 机构 福州元创专利商标代理有限 公司 35100 专利代理师 蔡学俊　薛金才 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 30/25(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于特征线理论的SPH吸收层边界施加 方法 (57)摘要 本发明提供了一种基于特征线理论的SPH吸 收层边界施加方法， 包括以下步骤： 步骤1： 生成 自适应背景网格； 步骤2： 对计算域内每个水体粒 子进行循环； 步骤3： 对每个处于上述网格内的水 体粒子进行循环； 步骤4： 计算激活粒子在当前时 间步n的黎曼第一不变量和黎曼第二不变量； 步 骤5： 更新粒子信息； 步骤6： 检查是否完成所有临 近边界水体粒子循环。 应用本技术方案可实现有 效削减水波通过水体流域边界时产生的数值震 荡， 有效降低了吸收层边界施加过程中进行粒子 相互作用判断的计算 量， 提高了 计算效率。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115455860 A 2022.12.09 CN 115455860 A 1.一种基于特 征线理论的S PH吸收层边界施加方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 根据水体粒子分布和吸 收层边界粒子影响域大小生成自适应背景网格； 步骤2： 对计算域内每个水体粒子进行循环， 判断该粒子是否处于可能与边界粒子相互 作用的背景网格之内； 步骤3： 对每个处于上述网格 内的水体粒子进行循环， 计算其与相邻背景网格内的边界 粒子间的相对距离， 根据最小相对距离判断是否进入边界粒子影响域内， 将进入边界粒子 影响域的水体粒子标记为激活粒子； 步骤4： 计算激活粒子在当前时间步 n的黎曼第一 不变量和黎曼第二 不变量； 步骤5： 根据黎曼不变量沿特征线守恒， 计算水体粒子在施加边界处理后的n+1时间步 流深和平均流速， 更新粒子信息； 步骤6： 检查是否完成所有临近边界水体粒子循环， 若完成输出吸收层边界施加结果， 否则重复步骤2判断下一个临近边界水体粒子 。 2.根据权利要求1所述的一种基于特征线理论的SPH吸收层边界施加方法， 其特征在 于， 根据边界粒子影响域半径大小和流域水体粒子分布情况自适应生成步骤1所述的背景 网格， 包含以下步骤： 步骤11： 根据水体粒子分布情况， 计算得到自适应局部坐标系原点坐标即原水体粒子 分布中心(X0,Y0)和转换矩阵ξ； 步骤12： 根据局部坐标系原点坐标和转换矩阵得到水体粒子在自适应背景网格相对坐 标上的坐标值(xR,yR)i； 根据(xR,yR)i＝(xi‑X0,yi‑Y0)·ξ有： 步骤13： 计算水体粒子相对坐标范围， 得到局部坐标最小值 “xmin,ymin ”、 最大值 “xmax,ymax ”， 根据边界粒子影响域半径hsml， 计算得到沿x、 y轴方向的网格数ndivx、 ndivy， 其中： ndiv x＝1+(xmax ‑xmin)/hsml、 ndivy＝1+(ymax ‑ymin)/hsml； 步骤14： 根据在局部坐标系中x、 y轴方向的网格数， 将局部坐标系原点转移到 “xmin， ymin”位置， 在此基础上得到网格节点坐标； 对于第i dy行、 第i dx列个网格icell， 对应的四 个节点坐标为： 3.根据权利要求1所述的一种基于特征线理论的SPH吸收层边界施加方法， 其特征在 于， 步骤2中首先根据吸收层边界粒子布置位置， 确定哪些背景网格中存在吸收层边界粒 子； 然后， 将这些背景网格和与之相邻的内部无吸收层边界粒子的网格一起定义为可能与 边界粒子相互作用的背景网格； 即只有在这些背 景网格内的粒子才有 可能与边界粒子相互 作用； 最后， 历遍每 个水体粒子， 判断哪些 水体粒子位于上述标注的背景网格内。 4.根据权利要求1所述的一种基于特征线理论的SPH吸收层边界施加方法， 其特征在 于， 步骤3中仅计算位于标记背景网格内的水体粒子与边界粒子的相 对距离， 标记为disp； 当disp最小值小于 hsml时， 将该 水体粒子设置为激活粒子， 施加吸 收层边界处 理。 5.根据权利要求1所述的一种基于特征线理论的SPH吸收层边界施加方法， 其特征在权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115455860 A 2于， 步骤4中根据黎曼不变量延特征线保持恒定实现边界对域内流场变化的考虑， 对于需要 施加吸收层边界处理的域内水体粒子即激活粒子， 计算其在第n+1时间步的出域和入域特 征线对应的黎曼不变量 其中， g为重力加速度， h*为激活水体粒子深度值， 为激活水体粒子平均流速 。 6.根据权利要求1所述的一种基于特征线理论的SPH吸收层边界施加方法， 其特征在 于， 步骤5中根据特征线从边界向计算域内传播过程中的黎曼不变量恒定， 同时考虑到水体 粒子控制方程的两个状态量水深和流速只能由边界条件指 定一个， 通过假定无穷远处的水 深值， 计算另一个 状态量粒子流速的大小实现吸 收层边界条件的施加。 7.根据权利要求1所述的一种基于特征线理论的SPH吸收层边界施加方法， 其特征在 于， 步骤5中， 首先， 将反射波速度设置为0， 对应黎曼第二不变量 同时假定一个无穷远 处的水深值， 取为 域内水深， 得到： 然后， 根据黎曼不变量沿特征线守恒， 通过一系列转换后得到粒子经过吸收层边界处 理过后在第n+1时间步的深度和平均流速： 8.根据权利要求1所述的一种基于特征线理论的SPH吸收层边界施加方法， 其特征在 于， 步骤6中检查该时间步中是否所有临近边界粒子均进行判断， 若完成则输出吸收层边界 处理结果， 若未完成则回到步骤2继续对其 他临近边界水体粒子进行判断。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115455860 A 3