CN110020501A - 基于多相计算流体力学插值的设备结构改进方法及设备 - Google Patents

基于多相计算流体力学插值的设备结构改进方法及设备 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种基于多相计算流体力学插值的设备结构改进方法及设备，所述方法包括：基于k‑d树型数据结构，将多相计算流体力学生成的目标设备的原始计算网格的坐标信息重新构造并储存，获得重构后的计算网格；对重构后的计算网格，进行拟插值点的搜索定位，获得m个邻近计算网格点，其中m为正整数；基于获得的m个邻近计算网格点，根据距离平方反比插值法，获得拟插值点的多相流场信息。本发明实施例具有如下优点：一方面加快了多相流计算流体力学插值问题的计算速度，另一方面，随着搜索近邻计算网格能力的增强，插值精度也得到了提高。

Description

基于多相计算流体力学插值的设备结构改进方法及设备
技术领域
本发明实施例涉及数据结构和计算流体力学领域，具体涉及一种基于多相计算流体力学插值的设备结构改进方法及设备。
背景技术
计算流体力学(Computational Fluid Dynamics)20世纪50年代以来，随着计算机的发展而产生的一个介于数学、流体力学和计算机之间的交叉学科，主要研究内容是通过计算机和数值方法来求解流体力学的控制方程，对流体力学问题进行模拟和分析。
多相计算流体力学目前广泛用于工业设备的结构或流程的设计和优化。特别是在石油、化工、热能、核能和环境等领域，多相计算流体力学具有突出的应用价值。在实际应用中，多相计算流体力学往往受限于其低效的插值方法，难以真正起到对全尺度、多工况的工业设备进行数值模拟和结构优化。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进方法及设备，以解决现有技术中由于受限于其低效的插值方法，而导致的难以真正起到对全尺度、多工况的工业设备进行数值模拟和结构优化的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
根据本发明实施例的第一方面，提供一种基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进方法，其特征在于，包括：
基于k-d树型数据结构，将多相计算流体力学生成的目标设备的原始计算网格的坐标信息重新构造并储存，获得重构后的计算网格；其中，目标设备的原始计算网格用于表征目标设备的几何结构；
对重构后的计算网格，进行拟插值点的搜索定位，获得m个邻近计算网格点，其中m为正整数；其中，m个邻近计算网格点包含了多相计算流场的速度信息、旋度信息和压强信息；
基于获得的m个邻近计算网格点，根据距离平方反比插值法，获得拟插值点的多相流场信息；基于拟插值点的多相流场信息，拟离散相的轨迹信息，对目标设备的几何结构进行优化设计。
进一步地，目标设备为核动力蒸汽发生器设备、安全壳喷淋冷凝装置、液滴喷嘴雾化设备或颗粒物分离净化器。
进一步地，基于k-d树型数据结构，将多相计算流体力学生成的目标设备的原始计算网格的坐标信息重新构造并储存，获得重构后的计算网格，包括：
根据目标设备的原始计算网格的k维属性设置k个键值，首先对第0个键值的目标设备的原始计算网格的坐标进行升序排列，以中位数为父节点放入k-d树型数据结构；再对子节点的第1个键值的目标设备的原始计算网格的坐标按升序排列，以中位数为父节点放入k-d树型数据结构；以此类推，最终将目标设备的原始计算网格重新存储为k-d树型数据结构，获得重构后的计算网格。
进一步地，键值key(i)的定义如下：
key(i)＝(i+1)modk
其中：i表示k-d树的层，k表示目标设备的原始计算网格的维数，键值的取值范围从0到k-1。
进一步地，对重构后的计算网格，进行拟插值点的搜索定位，获得m个邻近计算网格点，包括：
构造一个队列，队列的大小m为与拟插值点的邻近计算网格点的期望个数；从k-d树的父节点开始，比较父节点键值所对应的坐标与拟插值点同样键值对应的坐标的大小关系，随后将拟插值点放入左子树或右子树；
重复上一步骤，依次将比较的计算网格放入队列中，直至k-d树的根节点；
进行回溯，如果拟插值点与队列首元素的距离小于拟插值点与队列第二元素超平面的距离，则停止回溯；此时队列中的m个元素为与拟插值点距离最近的m个邻近计算网格点。
进一步地，进行回溯，之后还包括：
如果拟插值点与队列首元素的距离大于拟插值点与队列第二元素超平面的距离，将队列中首元素换位第二元素，并进入第二元素的树形分支，直至发现根节点与拟插值点的距离小于拟插值点与父节点超平面的距离，则停止回溯；此时队列中的m个元素为与拟插值点距离最近的m个邻近计算网格点。
进一步地，基于获得的m个邻近计算网格点，根据距离平方反比插值法，获得拟插值点的多相流场信息，包括：
其中，Fi表示拟插值点的多相流场信息，Fj为计算网格位置上的多相流场信息，lj表示拟插值点和第j个邻近计算网格点的欧式距离。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进设备，包括：
重构模块，用于基于k-d树型数据结构，将多相计算流体力学生成的目标设备的原始计算网格的坐标信息重新构造并储存，获得重构后的计算网格；
第一获取模块，用于对重构后的计算网格，进行拟插值点的搜索定位，获得m个邻近计算网格点，其中m为正整数；
第二获取模块，用于基于获得的m个邻近计算网格点，根据距离平方反比插值法，获得拟插值点的多相流场信息。
进一步地，重构模块进一步用于：
根据目标设备的原始计算网格的k维属性设置k个键值，首先对第0个键值的目标设备的原始计算网格的坐标进行升序排列，以中位数为父节点放入k-d树型数据结构；再对子节点的第1个键值的目标设备的原始计算网格的坐标按升序排列，以中位数为父节点放入k-d树型数据结构；以此类推，最终将目标设备的原始计算网格重新存储为k-d树型数据结构，获得重构后的计算网格。
本发明实施例提供一种基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进方法及设备，所述方法包括：基于k-d树型数据结构，将多相计算流体力学生成的目标设备的原始计算网格的坐标信息重新构造并储存，获得重构后的计算网格；对重构后的计算网格，进行拟插值点的搜索定位，获得m个邻近计算网格点，其中m为正整数；基于获得的m个邻近计算网格点，根据距离平方反比插值法，获得拟插值点的多相流场信息。本发明实施例具有如下优点：一方面加快了多相流计算流体力学插值问题的计算速度，另一方面，随着搜索近邻计算网格能力的增强，插值精度也得到了提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例提供的一种基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进方法整体流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进方法中k-d树二维数据点集合结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进方法中计算网格k-d树型结构存储结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进方法的计算效率提升的比较示意图；
图5为本发明实施例提供的一种基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进方法的计算效率提升的比较示意图；
图6为本发明实施例提供的一种基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进方法的计算效率提升的比较示意图；
图7为本发明实施例提供的一种基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进设备的整体结构示意图；
图8为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
多相计算流体力学目前广泛用于工业设备的结构或流程的设计和优化。特别是在石油、化工、热能、核能和环境等领域，多相计算流体力学具有突出的应用价值。在实际应用中，多相计算流体力学往往受限于其低效的插值方法，难以真正起到对全尺度、多工况的工业设备进行数值模拟和结构优化。
k-d树数据结构以及相配套的搜索算法是一种新兴的高效数据搜索技术，其思想来源于二分查找方法。本发明实施例方法及设备简单易实现，几乎没有可调参数。首先通过将计算网格的位置坐标按照k-d树排列，再基于k-d树型结构找出拟插值点的邻近点坐标，最后利用距离平方反比插值算法得到拟插值点的计算信息。
如图1，示出本发明实施例一种基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进方法，包括：
S1，基于k-d树型数据结构，将多相计算流体力学生成的目标设备的原始计算网格的坐标信息重新构造并储存，获得重构后的计算网格；其中，目标设备的原始计算网格用于表征目标设备的几何结构。
其中，目标设备为核动力蒸汽发生器设备、安全壳喷淋冷凝装置、液滴喷嘴雾化设备或颗粒物分离净化器。
需要说明的是，步骤S1具体通过以下步骤实现：根据目标设备的原始计算网格的k维属性设置k个键值，首先对第0个键值的目标设备的原始计算网格的坐标进行升序排列，以中位数为父节点放入k-d树型数据结构；再对子节点的第1个键值的目标设备的原始计算网格的坐标按升序排列，以中位数为父节点放入k-d树型数据结构；以此类推，最终将目标设备的原始计算网格重新存储为k-d树型数据结构，获得重构后的计算网格。键值key(i)的定义如下：
key(i)＝(i+1)modk
其中：i表示k-d树的层，k表示目标设备的原始计算网格的维数，键值的取值范围从0到k-1。
S2，对重构后的计算网格，进行拟插值点的搜索定位，获得m个邻近计算网格点，其中m为正整数；其中，m个邻近计算网格点包含了多相计算流场的速度信息、旋度信息和压强信息。
需要说明的是，步骤S2具体通过以下步骤实现：构造一个队列，队列的大小m为与拟插值点的邻近计算网格点的期望个数；从k-d树的父节点开始，比较父节点键值所对应的坐标与拟插值点同样键值对应的坐标的大小关系，随后将拟插值点放入左子树或右子树。
重复上一步骤，依次将比较的计算网格放入队列中，直至k-d树的根节点。
进行回溯，如果拟插值点与队列首元素的距离小于拟插值点与队列第二元素超平面的距离，则停止回溯；此时队列中的m个元素为与拟插值点距离最近的m个邻近计算网格点。如果拟插值点与队列首元素的距离大于拟插值点与队列第二元素超平面的距离，将队列中首元素换位第二元素，并进入第二元素的树形分支，直至发现根节点与拟插值点的距离小于拟插值点与父节点超平面的距离，则停止回溯；此时队列中的m个元素为与拟插值点距离最近的m个邻近计算网格点。
S3，基于获得的m个邻近计算网格点，根据距离平方反比插值法，获得拟插值点的多相流场信息；基于拟插值点的多相流场信息，拟离散相的轨迹信息，对目标设备的几何结构进行优化设计。
需要说明的是，步骤S2具体通过以下步骤实现：
其中，Fi表示拟插值点的多相流场信息，Fj为计算网格位置上的多相流场信息，lj表示拟插值点和第j个邻近计算网格点的欧式距离。
本发明实施例提供一种基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进方法，所述方法包括：基于k-d树型数据结构，将多相计算流体力学生成的目标设备的原始计算网格的坐标信息重新构造并储存，获得重构后的计算网格；对重构后的计算网格，进行拟插值点的搜索定位，获得m个邻近计算网格点，其中m为正整数；基于获得的m个邻近计算网格点，根据距离平方反比插值法，获得拟插值点的多相流场信息。本发明实施例具有如下优点：一方面加快了多相流计算流体力学插值问题的计算速度，另一方面，随着搜索近邻计算网格能力的增强，插值精度也得到了提高。本发明实施例已经被运用于核电站设备的设计、液滴雾化燃烧参数的优化、环境生物气溶胶影响域的研究等，特别是在AP1000核电站汽水分离器性能分析和结构设计方面得到了显著应用。
在本发明任一上述具体实施例的基础上，提供一种基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进方法，基于k-d树型数据结构，将多相计算流体力学生成的目标设备的原始计算网格的坐标信息重新构造并储存，获得重构后的计算网格，包括：
根据目标设备的原始计算网格的k维属性设置k个键值，首先对第0个键值的目标设备的原始计算网格的坐标进行升序排列，以中位数为父节点放入k-d树型数据结构；再对子节点的第1个键值的目标设备的原始计算网格的坐标按升序排列，以中位数为父节点放入k-d树型数据结构；以此类推，最终将目标设备的原始计算网格重新存储为k-d树型数据结构，获得重构后的计算网格。
键值key(i)的定义如下：
key(i)＝(i+1)modk
其中：i表示k-d树的层，k表示目标设备的原始计算网格的维数，键值的取值范围从0到k-1。
本发明实施例提供一种基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进方法，所述方法包括：基于k-d树型数据结构，将多相计算流体力学生成的目标设备的原始计算网格的坐标信息重新构造并储存，获得重构后的计算网格；对重构后的计算网格，进行拟插值点的搜索定位，获得m个邻近计算网格点，其中m为正整数；基于获得的m个邻近计算网格点，根据距离平方反比插值法，获得拟插值点的多相流场信息。本发明实施例具有如下优点：一方面加快了多相流计算流体力学插值问题的计算速度，另一方面，随着搜索近邻计算网格能力的增强，插值精度也得到了提高。本发明实施例已经被运用于核电站设备的设计、液滴雾化燃烧参数的优化、环境生物气溶胶影响域的研究等，特别是在AP1000核电站汽水分离器性能分析和结构设计方面得到了显著应用。
在本发明任一上述具体实施例的基础上，提供一种基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进方法，对重构后的计算网格，进行拟插值点的搜索定位，获得m个邻近计算网格点，包括：
构造一个队列，队列的大小m为与拟插值点的邻近计算网格点的期望个数；从k-d树的父节点开始，比较父节点键值所对应的坐标与拟插值点同样键值对应的坐标的大小关系，随后将拟插值点放入左子树或右子树；
重复上一步骤，依次将比较的计算网格放入队列中，直至k-d树的根节点；
进行回溯，如果拟插值点与队列首元素的距离小于拟插值点与队列第二元素超平面的距离，则停止回溯；此时队列中的m个元素为与拟插值点距离最近的m个邻近计算网格点。
本发明实施例提供一种基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进方法，所述方法包括：基于k-d树型数据结构，将多相计算流体力学生成的目标设备的原始计算网格的坐标信息重新构造并储存，获得重构后的计算网格；对重构后的计算网格，进行拟插值点的搜索定位，获得m个邻近计算网格点，其中m为正整数；基于获得的m个邻近计算网格点，根据距离平方反比插值法，获得拟插值点的多相流场信息。本发明实施例具有如下优点：一方面加快了多相流计算流体力学插值问题的计算速度，另一方面，随着搜索近邻计算网格能力的增强，插值精度也得到了提高。本发明实施例已经被运用于核电站设备的设计、液滴雾化燃烧参数的优化、环境生物气溶胶影响域的研究等，特别是在AP1000核电站汽水分离器性能分析和结构设计方面得到了显著应用。
在本发明任一上述具体实施例的基础上，提供一种基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进方法，进行回溯，之后还包括：
如果拟插值点与队列首元素的距离大于拟插值点与队列第二元素超平面的距离，将队列中首元素换位第二元素，并进入第二元素的树形分支，直至发现根节点与拟插值点的距离小于拟插值点与父节点超平面的距离，则停止回溯；此时队列中的m个元素为与拟插值点距离最近的m个邻近计算网格点。
本发明实施例提供一种基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进方法，所述方法包括：基于k-d树型数据结构，将多相计算流体力学生成的目标设备的原始计算网格的坐标信息重新构造并储存，获得重构后的计算网格；对重构后的计算网格，进行拟插值点的搜索定位，获得m个邻近计算网格点，其中m为正整数；基于获得的m个邻近计算网格点，根据距离平方反比插值法，获得拟插值点的多相流场信息。本发明实施例具有如下优点：一方面加快了多相流计算流体力学插值问题的计算速度，另一方面，随着搜索近邻计算网格能力的增强，插值精度也得到了提高。本发明实施例已经被运用于核电站设备的设计、液滴雾化燃烧参数的优化、环境生物气溶胶影响域的研究等，特别是在AP1000核电站汽水分离器性能分析和结构设计方面得到了显著应用。
在本发明任一上述具体实施例的基础上，提供一种基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进方法，基于获得的m个邻近计算网格点，根据距离平方反比插值法，获得拟插值点的多相流场信息，包括：
其中，Fi表示拟插值点的多相流场信息，Fj为计算网格位置上的多相流场信息，lj表示拟插值点和第j个邻近计算网格点的欧式距离。
本发明实施例提供一种基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进方法，所述方法包括：基于k-d树型数据结构，将多相计算流体力学生成的目标设备的原始计算网格的坐标信息重新构造并储存，获得重构后的计算网格；对重构后的计算网格，进行拟插值点的搜索定位，获得m个邻近计算网格点，其中m为正整数；基于获得的m个邻近计算网格点，根据距离平方反比插值法，获得拟插值点的多相流场信息。本发明实施例具有如下优点：一方面加快了多相流计算流体力学插值问题的计算速度，另一方面，随着搜索近邻计算网格能力的增强，插值精度也得到了提高。本发明实施例已经被运用于核电站设备的设计、液滴雾化燃烧参数的优化、环境生物气溶胶影响域的研究等，特别是在AP1000核电站汽水分离器性能分析和结构设计方面得到了显著应用。
在本发明任一上述具体实施例的基础上，给出本发明实施例一种基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进方法的具体实施方式：
本发明实施例的基于k-d树搜索的基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进方法，包括如下步骤：
基于k-d树型数据结构，将多相计算流体力学生成的目标设备的原始计算网格的坐标信息重新构造并储存，获得重构后的计算网格。如图2所示，以k-d树二维数据点集合{(2,3),(5,4),(9,6),(4,7),(8,1),(7,2)}为例，生成该集合所对应的k-d树的过程如下：
a.确定键值j的范围。由于是二维数据点，键值的取值为{0,1}。
b.取第一层k-d树的键值为0，即x轴上的数据点。将x轴上的数据点{2,5,9,4,8,7}排序，取出中位数作为根节点，即(7,2)点。同时将初始集合按中位数分成两个子集合，即左子集合{(2,3),(5,4),(4,7),(8,1)}和右子集合{(9,6),(8,1),}。
c.第二层k-d树的键值为1，此时对y轴上的数据点进行操作。将步骤b中生成的左子集合按步骤b中的中位数选取方法生成根节点与两个子集合；同时将步骤b中生成的右子集合按步骤b中的中位数选取方法生成根节点与两个子集合。
基于下式计算第i层k-d树的键值，重复步骤b至步骤c的步骤，直到生成的每个子集合只有一个数据点时，k-d树构造完毕。键值key(i)的定义如下。
key(i)＝(i+1)modk
其中：i表示k-d树的层，k表示目标设备的原始计算网格的维数，键值的取值范围从0到k-1。
上述数据点在平面上的分布及生成k-d树后的形状见图3。
生成k-d树的伪代码流程见表1。表1中的“file”表示储存网格节点坐标的文件，j表示第i层k-d树的键值。函数MEDIAN(j,file)根据键值j返回“file”文件的中位数。函数MAKE TERMINAL表示k-d树生成完毕。函数MAKE NONTERMINAL表示将某一数据节点放入k-d树中并将该节点与其根节点相连。生成k-d树的时间复杂度为O(klogN)，N表示数据点的个数。
表1
基于上一步构造的计算网格的k-d树型数据结构，进行拟插值点的邻近计算网格搜索查找。表2给出了基于k-d树的求解MNN问题算法的伪代码。表2中，函数root(j+1)表示分割平面，它的大小为根节点root的第(j+1)个分量。函数BOUNDS WITHIN BALL是一个关键的测试函数。在执行这个函数时,首先采用欧几里德长度计算查询点(即xi点)到队列(bucket)第一个元素的距离d1，然后存储该元素父节点的分割平面，最后计算查询点到该分割平面的欧式距离d2。如果d1小于d2,那么函数BOUNDS WITHIN BALL返回“是”(yes)，否则返回“否”(no)。表2给出的搜索算法称作k-d搜索算法，其时间复杂度为O(logN)，log表示自然对数。
表2
如果已经找出离液滴位置xi距离最近的m个网格点，就采用距离反比插值格式得到xi处的流场信息。如如下公式所示。拟插值点所在附近的计算网格排布比较均匀，常令m为4或8，即4点或8点插值格式。
其中，Fi表示拟插值点的多相流场信息，Fj为计算网格位置上的多相流场信息，lj表示拟插值点和第j个邻近计算网格点的欧式距离。
表3给出了二维计算网格工况下，本发明所实施的改进方法和传统蛮力方法的比较。tKD为本方法的计算时间，tBF为蛮力方法的计算时间。对于二维计算网格，本方法较传统方法的效率提高了1-2个数量级。
表3
如图3至5为本发明一种基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进方法实施例计算效率提升的比较示意图。
本发明实施例提供一种基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进方法，所述方法包括：基于k-d树型数据结构，将多相计算流体力学生成的目标设备的原始计算网格的坐标信息重新构造并储存，获得重构后的计算网格；对重构后的计算网格，进行拟插值点的搜索定位，获得m个邻近计算网格点，其中m为正整数；基于获得的m个邻近计算网格点，根据距离平方反比插值法，获得拟插值点的多相流场信息。本发明实施例具有如下优点：一方面加快了多相流计算流体力学插值问题的计算速度，另一方面，随着搜索近邻计算网格能力的增强，插值精度也得到了提高。本发明实施例已经被运用于核电站设备的设计、液滴雾化燃烧参数的优化、环境生物气溶胶影响域的研究等，特别是在AP1000核电站汽水分离器性能分析和结构设计方面得到了显著应用。
在本发明任一上述具体实施例的基础上，提供一种基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进设备，包括重构模块A01，用于基于k-d树型数据结构，将多相计算流体力学生成的目标设备的原始计算网格的坐标信息重新构造并储存，获得重构后的计算网格；其中，目标设备的原始计算网格用于表征目标设备的几何结构；第一获取模块A02，用于对重构后的计算网格，进行拟插值点的搜索定位，获得m个邻近计算网格点，其中m为正整数；其中，m个邻近计算网格点包含了多相计算流场的速度信息、旋度信息和压强信息；第二获取模块A03，用于基于获得的m个邻近计算网格点，根据距离平方反比插值法，获得拟插值点的多相流场信息；基于拟插值点的多相流场信息，拟离散相的轨迹信息，对目标设备的几何结构进行优化设计。
本发明实施例提供一种基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进设备，所述设备包括：重构模块，用于基于k-d树型数据结构，将多相计算流体力学生成的目标设备的原始计算网格的坐标信息重新构造并储存，获得重构后的计算网格；第一获取模块，用于对重构后的计算网格，进行拟插值点的搜索定位，获得m个邻近计算网格点，其中m为正整数；第二获取模块，用于基于获得的m个邻近计算网格点，根据距离平方反比插值法，获得拟插值点的多相流场信息。本发明实施例具有如下优点：一方面加快了多相流计算流体力学插值问题的计算速度，另一方面，随着搜索近邻计算网格能力的增强，插值精度也得到了提高。本发明实施例已经被运用于核电站设备的设计、液滴雾化燃烧参数的优化、环境生物气溶胶影响域的研究等，特别是在AP1000核电站汽水分离器性能分析和结构设计方面得到了显著应用。
在本发明任一上述具体实施例的基础上，提供一种基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进设备，重构模块A01进一步用于：根据目标设备的原始计算网格的k维属性设置k个键值，首先对第0个键值的目标设备的原始计算网格的坐标进行升序排列，以中位数为父节点放入k-d树型数据结构；再对子节点的第1个键值的目标设备的原始计算网格的坐标按升序排列，以中位数为父节点放入k-d树型数据结构；以此类推，最终将目标设备的原始计算网格重新存储为k-d树型数据结构，获得重构后的计算网格。
本发明实施例提供一种基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进设备，所述设备包括：重构模块，用于基于k-d树型数据结构，将多相计算流体力学生成的目标设备的原始计算网格的坐标信息重新构造并储存，获得重构后的计算网格；第一获取模块，用于对重构后的计算网格，进行拟插值点的搜索定位，获得m个邻近计算网格点，其中m为正整数；第二获取模块，用于基于获得的m个邻近计算网格点，根据距离平方反比插值法，获得拟插值点的多相流场信息。本发明实施例具有如下优点：一方面加快了多相流计算流体力学插值问题的计算速度，另一方面，随着搜索近邻计算网格能力的增强，插值精度也得到了提高。本发明实施例已经被运用于核电站设备的设计、液滴雾化燃烧参数的优化、环境生物气溶胶影响域的研究等，特别是在AP1000核电站汽水分离器性能分析和结构设计方面得到了显著应用。
举个例子如下：
图8示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图8所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)801、通信接口(Communications Interface)802、存储器(memory)803和通信总线804，其中，处理器801，通信接口802，存储器803通过通信总线804完成相互间的通信。处理器801可以调用存储器803中的逻辑指令，以执行如下方法：基于k-d树型数据结构，将多相计算流体力学生成的目标设备的原始计算网格的坐标信息重新构造并储存，获得重构后的计算网格；其中，目标设备的原始计算网格用于表征目标设备的几何结构；对重构后的计算网格，进行拟插值点的搜索定位，获得m个邻近计算网格点，其中m为正整数；其中，m个邻近计算网格点包含了多相计算流场的速度信息、旋度信息和压强信息；基于获得的m个邻近计算网格点，根据距离平方反比插值法，获得拟插值点的多相流场信息；基于拟插值点的多相流场信息，拟离散相的轨迹信息，对目标设备的几何结构进行优化设计。
此外，上述的存储器803中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种设备结构改进方法，其特征在于，包括：
基于k-d树型数据结构，将多相计算流体力学生成的目标设备的原始计算网格的坐标信息重新构造并储存，获得重构后的计算网格；其中，目标设备的原始计算网格用于表征目标设备的几何结构；
对重构后的计算网格，进行拟插值点的搜索定位，获得m个邻近计算网格点，其中m为正整数；其中，m个邻近计算网格点包含了多相计算流场的速度信息、旋度信息和压强信息；
基于获得的m个邻近计算网格点，根据距离平方反比插值法，获得拟插值点的多相流场信息；基于拟插值点的多相流场信息，拟离散相的轨迹信息，对目标设备的几何结构进行优化设计。
2.根据权利要求1所述的设备结构改进方法，其特征在于，目标设备为核动力蒸汽发生器设备、安全壳喷淋冷凝装置、液滴喷嘴雾化设备或颗粒物分离净化器。
3.根据权利要求1所述的设备结构改进方法，其特征在于，基于k-d树型数据结构，将多相计算流体力学生成的目标设备的原始计算网格的坐标信息重新构造并储存，获得重构后的计算网格，包括：
根据目标设备的原始计算网格的k维属性设置k个键值，首先对第0个键值的目标设备的原始计算网格的坐标进行升序排列，以中位数为父节点放入k-d树型数据结构；再对子节点的第1个键值的目标设备的原始计算网格的坐标按升序排列，以中位数为父节点放入k-d树型数据结构；以此类推，最终将目标设备的原始计算网格重新存储为k-d树型数据结构，获得重构后的计算网格。
4.根据权利要求3所述的设备结构改进方法，其特征在于，键值key(i)的定义如下：
key(i)＝(i+1)mod k
其中：i表示k-d树的层，k表示目标设备的原始计算网格的维数，键值的取值范围从0到k-1。
5.根据权利要求1所述的设备结构改进方法，其特征在于，对重构后的计算网格，进行拟插值点的搜索定位，获得m个邻近计算网格点，包括：
构造一个队列，队列的大小m为与拟插值点的邻近计算网格点的期望个数；从k-d树的父节点开始，比较父节点键值所对应的坐标与拟插值点同样键值对应的坐标的大小关系，随后将拟插值点放入左子树或右子树；
重复上一步骤，依次将比较的计算网格放入队列中，直至k-d树的根节点；
进行回溯，如果拟插值点与队列首元素的距离小于拟插值点与队列第二元素超平面的距离，则停止回溯；此时队列中的m个元素为与拟插值点距离最近的m个邻近计算网格点。
6.根据权利要求5所述的设备结构改进方法，其特征在于，进行回溯，之后还包括：
如果拟插值点与队列首元素的距离大于拟插值点与队列第二元素超平面的距离，将队列中首元素换位第二元素，并进入第二元素的树形分支，直至发现根节点与拟插值点的距离小于拟插值点与父节点超平面的距离，则停止回溯；此时队列中的m个元素为与拟插值点距离最近的m个邻近计算网格点。
7.根据权利要求5或6所述的设备结构改进方法，其特征在于，基于获得的m个邻近计算网格点，根据距离平方反比插值法，获得拟插值点的多相流场信息，包括：
其中，Fi表示拟插值点的多相流场信息，Fj为计算网格位置上的多相流场信息，lj表示拟插值点和第j个邻近计算网格点的欧式距离。
8.一种设备结构改进设备，其特征在于，包括：
重构模块，用于基于k-d树型数据结构，将多相计算流体力学生成的目标设备的原始计算网格的坐标信息重新构造并储存，获得重构后的计算网格；其中，目标设备的原始计算网格用于表征目标设备的几何结构；
第一获取模块，用于对重构后的计算网格，进行拟插值点的搜索定位，获得m个邻近计算网格点，其中m为正整数；其中，m个邻近计算网格点包含了多相计算流场的速度信息、旋度信息和压强信息；
第二获取模块，用于基于获得的m个邻近计算网格点，根据距离平方反比插值法，获得拟插值点的多相流场信息；基于拟插值点的多相流场信息，拟离散相的轨迹信息，对目标设备的几何结构进行优化设计。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如权利要求1至7任一项所述的基于多相计算流体力学插值问题的设备结构改进方法。
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