CN114492147A - 一种颗粒运动全过程的跟踪方法、系统及可存储介质 - Google Patents

一种颗粒运动全过程的跟踪方法、系统及可存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种颗粒运动全过程的跟踪方法、系统及可存储介质，属于颗粒数据跟踪技术领域，获取带有float型颗粒坐标值数据的DPM粒子数据文件；对DPM粒子数据文件中的每个颗粒坐标值的float型数据进行编码并保存为XML原始编码文件；提取XML原始编码文件中DPM颗粒位置编码数据；识别DPM颗粒位置编码数据中的各个项目并进行记录；判断DPM颗粒位置编码数据中的各个项目是否被全部识别，若是，则对提取的DPM颗粒位置编码数据进行处理及分析，生成DPM颗粒数量分布图，得到颗粒运动全过程跟踪结果并输出。本发明能够加快程序处理速度，实现精确DPM颗粒数据提取支持导出颗粒的位置分布的统计结果及自定义输出。

Description

一种颗粒运动全过程的跟踪方法、系统及可存储介质
技术领域
本发明涉及颗粒数据跟踪技术领域，更具体的说是涉及一种颗粒运动全过程的跟踪方法、系统及可存储介质。
背景技术
现有技术中，基于Fluent软件提取颗粒数据方法包括：①提取颗粒整体运动轨迹，一种选择性催化还原脱硝装置的气固两相流场与喷氨优化方法，②通过Fluent研究封尘提取机中气固两相分布情况的方法。
另一方面，在现有技术中，采用XML中间文件实现数据提取主要应用于以下工程领域：
①电子问卷调查：在支持IQL编程语言的编译器中，将IQL代码转换为XML代码，生成XML中间文件，在支持IQL编程语言解释器终端中解析XML中间文件，实现纸质问卷到电子问卷的转换的过程，功能丰富，响应速度快。
②XML账单文件批量生成HTML页面的方法和系统：读取用户账单，批量解析为XML账单文件进而解析为XML文件信息串，生成多个XML中间文件，可提升查询响应速度，节约时间。
③基于文本特征和语法规则的PDF全自动标引系统：通过元素提取并存储于XML文件中，将其中XML信息转化为P2xBook类型数据结构，进行解析、识别元素、自动化标引、按坐标排序，提升标引效率。
④XML解析方法及医疗病案中自定义XML结构表单实现方法：通过改进的Pull解析方法对XML表单进行解析，得出所需字段内容，动态生成各类表单样式，提高了开发效率与运行速度。
但是，现有技术存在以下问题：
(1)无法应用于Fluent DPM颗粒数据整个过程结果的跟踪处理
在问卷调查、账单文件管理、文本、医疗案例等方面的数据处理中，通过不同方法对XML中间文件进行解析，以提升程序响应速度，但不能应用于Fluent流体仿真以及颗粒数据处理。
(2)在颗粒数据提取领域中现有数据提取技术速度较慢
现有方法需要不断改变初始边界条件以计算颗粒的运动特性，得出结果，其处理速度有待提高。
(3)不能实现DPM颗粒位置分布以及时间步的精确化
在催化还原脱硝装置的气固两相流场分析中，通过对仿真入口条件优化，定义初始边界条件中颗粒的浓度与粒径来计算颗粒运动特性，但在后处理阶段没有DPM颗粒位置分布以及时间步的精确化数据及提取；在封尘提取机中气固两相的分布情况的研究中，虽然能够获取颗粒的分布情况，却不能精确获取和导出颗粒随时间的具体分布，仅能得到宏观层面颗粒的整体运动状态。
(4)不能实现数据自定义输出。
在现有技术④中，对XML表单进行解析，得出所需字段内容，动态生成各类表单样式，但并不适用于DPM颗粒数据处理与提取。
在Fluent软件其他提取颗粒数据方法中所得颗粒运动轨迹的结果，不支持数据自定义输出。
因此，如何提供一种能够解决上述问题的颗粒运动全过程的跟踪方法、系统及可存储介质是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种颗粒运动全过程的跟踪方法、系统及可存储介质，用以解决上述现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一方面，本发明提供一种颗粒运动全过程的跟踪方法，包括以下步骤：
S100：获取带有float型颗粒坐标值数据的DPM粒子数据文件；
S200：对DPM粒子数据文件中的每个float型颗粒坐标值数据进行编码，并保存为XML原始编码文件；
S300：提取XML原始编码文件中的DPM颗粒位置编码数据；
S400：识别DPM颗粒位置编码数据中的各个项目并进行记录；
S500：判断DPM颗粒位置编码数据中的各个项目是否被全部识别，若是，则进行步骤S600；
S600：对提取的DPM颗粒位置编码数据进行处理及分析，生成DPM颗粒数量分布图，根据所述DPM颗粒数量分布图得到颗粒运动全过程跟踪结果；
S700：输出颗粒运动全过程跟踪结果。
优选的，所述S200包括：
采用Base64/LE编码将float型颗粒坐标值数据3个字节转换为4个字节，每76个字符加一个换行符，并将结束符进行相应转换，得到XML原始编码文件。
优选的，所述S300中的DPM颗粒位置编码数据包括颗粒运动时间以及对应的颗粒数量、颗粒坐标。
优选的，所述S500还包括：判断DPM颗粒位置编码数据中的各个项目是否被全部识别，若否，则对项目进行更新，继续提取DPM颗粒位置编码数据。
另一方面，本发明还提供了一种颗粒运动全过程的跟踪系统，包括：
获取模块，用于获取带有float型颗粒坐标值数据的DPM粒子数据文件；
转换模块，与所述获取模块连接，用于对DPM粒子数据文件中的每个float型颗粒坐标值数据进行编码，并保存为XML原始编码文件；
提取模块，与所述转换模块连接，用于提取XML原始编码文件中的DPM颗粒位置编码数据；
识别模块，与所述提取模块连接，用于识别DPM颗粒位置编码数据中的各个项目并进行记录；
判断模块，与所述识别模块连接，用于判断DPM颗粒位置编码数据中的各个项目是否被全部识别；
生成模块，与所述判断模块连接，用于对提取的DPM颗粒位置编码数据进行处理及分析，生成DPM颗粒数量分布图，根据所述颗粒数量分布得到颗粒运动全过程跟踪结果；
输出模块，与所述生成模块连接，用于输出颗粒运动全过程跟踪结果。
再一方面，本发明还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4任一项所述的一种颗粒运动全过程的跟踪方法的步骤。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种颗粒运动全过程的跟踪方法、系统及可存储介质，通过对颗粒数据的提取得到了颗粒数量分布，并进一步实现了仿真颗粒运动整个过程结果的跟踪处理，具体有益效果为：
(1)加快程序处理速度：
①XML文件采用了Base64/LE的编码方式，将每个颗粒的坐标值的float型数据进行编码，能够节省空间和加快读写速度，同时所编写的XML原始编码文件为仿真调试阶段和仿真优化汇总阶段节省极大的数据处理时间；
(2)实现DPM颗粒位置分布以及时间步的精确化：
能够对颗粒的信息进行更加快速和详细的统计，得出颗粒任意时间的区域分布结果，精确定位颗粒在每个瞬时的三维坐标，得到颗粒运动的轨迹视频以及在各个区域的分布统计；
(3)支持导出颗粒的位置分布的统计结果，支持自定义输出
通过输出模块输出颗粒运动全过程跟踪结果，此结果可以进行批量导出，方便查看跟踪结果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本发明的实施例，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获得其他的附图。
图1为本发明提供的颗粒运动全过程的跟踪方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的流体仿真模型半剖视图；
图3为本发明实施例提供的ICEM网格划分结果示意图；
图4为本发明实施例提供的编码转换过程示意图；
图5为本发明实施例提供的环形流体域区域划分示意图；
图6为本发明实施例提供的有无槽结构各区域固相颗粒数分布平均值示意图；
图7为本发明实施例提供的颗粒运动全过程的跟踪系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
一方面，参见附图1所示，本发明实施例公开了一种颗粒运动全过程的跟踪方法，包括以下步骤：
S100：获取带有float型颗粒坐标值数据的DPM粒子数据文件；
S200：对DPM粒子数据文件中的每个float型颗粒坐标值数据进行编码，并保存为XML原始编码文件；
S300：提取XML原始编码文件中的DPM颗粒位置编码数据；
S400：识别DPM颗粒位置编码数据中的各个项目并进行记录；
S500：判断DPM颗粒位置编码数据中的各个项目是否被全部识别，若是，则进行步骤S600；
S600：对提取的DPM颗粒位置编码数据进行处理及分析，生成DPM颗粒数量分布图，根据DPM颗粒数量分布图得到颗粒运动全过程跟踪结果；
S700：输出颗粒运动全过程跟踪结果。
具体的，首先获取带有float型颗粒坐标值数据的DPM粒子数据文件，对DPM粒子数据文件中的每个float型颗粒坐标值数据进行编码，并保存为XML原始编码文件，提取XML原始编码文件中的DPM颗粒位置编码数据，然后识别一个过程中颗粒的运动，此过程中不同时刻坐标均有颗粒数量及位置的运动变化，对此过程中的每个时刻颗粒的位置编码依次进行读取，若此过程没有读取结束，则继续读取剩余时刻颗粒编码，直至此过程所有时刻颗粒位置编码全部读取结束，则读取完成。
更具体的，从过程的开始至结束，每个颗粒在不同时刻有不同的位置坐标，读取每个颗粒在每个时刻的位置坐标，如果整个过程所有时刻全部读取完成，则文件读取完成。如果整个过程未读取完所有时刻，则继续读取。
更具体的，对结构不同部位进行区域定义，根据某时刻颗粒的位置坐标将其划入相应所属区域，生成DPM颗粒数量分布图，根据DPM颗粒数量分布图得到颗粒运动全过程跟踪结果，最后输出颗粒运动全过程跟踪结果。
在一个具体实施例中，应用本发明所提供的一种颗粒运动全过程的跟踪方法进一步判断牙轮钻头端面排砂结构性能。
具体的，首先，选取圆弧槽作为试验对象，其中，圆弧槽结构关键参数及取值如表1所示：
表1圆弧槽结构关键参数及取值
Figure BDA0003505965320000061
具体的，进行模型设计及进行网格划分，参见附图2所示，为流体仿真模型半剖视图，参见附图3所示，为ICEM网格划分结果示意图。
进一步的，确定边界条件：
外部流场边界条件中，进口为速度进口，速度设为5m/s，压力为11.76MPa。出口为压力出口，压力为11.76MPa，壁面为静止壁面，对称面用于减少壁面边界对流场产生的影响。通过如上设定，能够为环形端面流体域提供一个较为恒定的最大速度为5m/s的流场。
环形端面流体域的边界条件中，与牙轮一侧的壁面命名为yalun，轴承一侧的壁面命名为zhou，与外部流场相接的边界设为交界面interface。由于是瞬态求解，对于旋转的壁面，采用旋转流体域的方式让壁面以一定速度旋转。为了使牙轮端面和牙掌端面相对旋转，则设牙掌端面(zhou)以相同的速度相对于环形端面流体域反向旋转。
进一步的，选取多相流模型：
需要得到颗粒在环形端面内的具体运移过程、分布及轨迹，由于在环形端面处可能会产生颗粒堆积，造成同一区域颗粒体积分数过高变为稠密颗粒流，采用离散相模型进行仿真，同时使用欧拉模型解决可能会出现的颗粒堆积的问题，保证结果的准确性。在定义求解器为瞬态求解的情况下，选择欧拉模型，并选择DDPM稠密颗粒流模型，完成启用欧拉模型的设置。选用惰性粒子作为DPM粒子的类型，粒子的密度为2650kg/m3。
在一个具体实施例中，基于上述数据，应用本发明所提供的一种颗粒运动全过程的跟踪方法实现牙轮钻头端面排砂结构的颗粒运动全过程的跟踪处理。
具体的，对XML中间文件进行解析，从而加快程序处理速度，包括：
对各个Item组分进行申明，例如，Item的ID为6的便是粒子的笛卡尔坐标系中的X坐标，则在后文中的Dataitem＝"6"一节中，便是粒子的X坐标值的具体数值，之所以为乱码，是考虑到数据文件的大小和读写速度，将每个颗粒的坐标值的float型数据进行了编码。
具体的，采用Base64/LE对float型颗粒坐标值数据进行编码，Base64/LE的编码方式将3个字节变成4个字节，每76个字符加一个换行符，最后的结束符也要进行相应处理的编码方式。
更具体的，参见附图4所示，为具体的编码转换过程，从图中可以看出，最后的float型小数若保存为字符串型数据，需要37个字符，而XML原始编码只需要5.25个字符便可以进行保存，十分节省空间。
更具体的，读取XML文件位置编码，XML文件位置编码该识别编码中各个项目并记录：
识别一个过程中颗粒的运动，此过程中不同时刻坐标均有颗粒数量及位置的运动变化，对此过程中的每个时刻颗粒的位置编码依次进行读取，若此过程没有读取结束，则继续读取剩余时刻颗粒编码，直至此过程所有时刻DPM颗粒位置编码全部读取结束，则读取完成。
读取完成后，对提取的DPM颗粒位置编码数据进行处理及分析，生成DPM颗粒数量分布图，根据颗粒数量分布得到颗粒运动全过程跟踪结果；
最后，输出颗粒运动全过程跟踪结果。
在一个具体实施例中，参见附图5所示，为环形流体域区域划分示意图，为了能够清楚地展示颗粒的分布，结合圆弧槽的主要功能需求，将环形流体域分为三个大区域，9个小区域。统计出进入环形端面流体域内不同时间的每个区域的颗粒数量。通过对比区域颗粒数量，分析得到圆弧槽结构的可行性及性能。
具体的，分别对初始模型和不带槽结构的模型进行仿真，颗粒从时间为0时开始不断从端面缝隙口撒入，时间为4s时结束撒入，初步得到的结果如下：
存在槽结构时，进入端面区域C2以内的颗粒数约为350颗，并且，随着端面区域的深入，颗粒数量下降得很快，可以判断得出，槽结构能够较好的将C区域的颗粒排出，防止颗粒深入端面区域。在B区及以内的固相颗粒数降到了80颗以下，而A区域的颗粒数则降到了15颗以下，排砂效果良好。
为了进行对比，也对没有槽结构的端面进行了仿真，无槽结构的几何模型是没有设置槽结构的时候的牙轮端面流道模型，边界条件、仿真过程、后处理等操作和有槽的一致。在同一边界撒入颗粒数相同的情况下，不存在圆弧槽结构时，进入端面区域C2以内的颗粒数约为1700颗，是拥有槽结构时的5倍，并且，随着端面区域的逐渐深入，颗粒数下降趋势缓慢，在B区域及以内仍有1500颗左右，在A区域内存在颗粒数为750颗左右。通过对比可以明显得出设置槽结构能够有效阻止颗粒深入端面，并且能够有效地将侵入的颗粒迅速排出。
从而可以得出有槽结构的端面A区域最大只有15个颗粒进入，而没有槽结构的端面A区域涌入约800颗固相颗粒，这会对密封件造成极大的威胁，加速磨损。
综上技术方案可以得出，随着颗粒的不断进入，颗粒数将会在一定时间后达到稳定，此时颗粒进入端面的速率和排出端面的速率几乎相等，为了能够对不同区域内颗粒数进行统计和对比分析，选取瞬态模拟中的2～4s的颗粒数的平均值作为该区域内的颗粒数，得到的结果参见附图6所示，可以得出，圆弧槽结构能够有效防止固相颗粒侵入密封件所在区域并促进固相颗粒从环形端面区域排出。
在一个具体实施例中，除了对DPM颗粒进行追踪并量化评判指标。也可以使用记录功能在瞬态仿真时记录下每一个时间步上颗粒的分布图，并在最后形成一个连续的视频动画，方便观察运动情况。
从整体的运动轨迹可以观察到，圆弧槽结构内的流速远远大于未开槽区域的流速，产生的伯努利效应也较为显著，可以明显地看到端面缝隙内的固相颗粒被抽吸到圆弧槽结构内并跟随槽内的高速流体一起排出环形端面流体区域。
在圆弧槽结构内，流体的速度小于外部流场速度，同时也远大于端面缝隙处的流体速度，在槽道内形成了预期的快速通道。
经由上述实施例可知，本发明对XML文件位置编码进行反向读取，能够对DPM颗粒的每个时间步的真实位置进行统计，对XML文件位置编码进行读取及数据处理，批量地读取并储存记录数据，具体有益效果为：加快程序处理速度，实现了DPM颗粒位置分布以及时间步的精确化，以及DPM颗粒数据提取，同时支持导出颗粒的位置分布的统计结果，支持自定义输出。
另一方面，参见附图7所示，本实施例还提供了一种颗粒运动全过程的跟踪系统，包括：
获取模块，用于获取带有float型颗粒坐标值数据的DPM粒子数据文件；
转换模块，与获取模块连接，用于对DPM粒子数据文件中的每个float型颗粒坐标值数据进行编码，并保存为XML原始编码文件；
提取模块，与转换模块连接，用于提取XML原始编码文件中的DPM颗粒位置编码数据；
识别模块，与提取模块连接，用于识别DPM颗粒位置编码数据中的各个项目并进行记录；
判断模块，与识别模块连接，用于判断DPM颗粒位置编码数据中的各个项目是否被全部识别；
生成模块，与判断模块连接，用于对提取的DPM颗粒位置编码数据进行处理及分析，生成DPM颗粒数量分布图，根据颗粒数量分布得到颗粒运动全过程跟踪结果；
输出模块，与生成模块连接，用于输出颗粒运动全过程跟踪结果。
再一方面，本实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现上述的一种颗粒运动全过程的跟踪方法的步骤。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种颗粒运动全过程的跟踪方法、系统及可存储介质，通过对颗粒数据的提取得到了颗粒数量分布，并进一步实现了仿真颗粒运动整个过程结果的跟踪处理，具体有益效果为：
(1)加快程序处理速度：
①XML文件采用了Base64/LE的编码方式，将每个颗粒的坐标值的float型数据进行编码，能够节省空间和加快读写速度，同时所编写的XML原始编码文件为仿真调试阶段和仿真优化汇总阶段节省极大的数据处理时间；
(2)实现DPM颗粒位置分布以及时间步的精确化：
能够对颗粒的信息进行更加快速和详细的统计，得出颗粒任意时间的区域分布结果，精确定位颗粒在每个瞬时的三维坐标，得到颗粒运动的轨迹视频以及在各个区域的分布统计；
(3)支持导出颗粒的位置分布的统计结果，支持自定义输出
通过输出模块输出颗粒运动全过程跟踪结果，此结果可以进行批量导出，方便查看跟踪结果。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种颗粒运动全过程的跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100：获取带有float型颗粒坐标值数据的DPM粒子数据文件；
S200：对DPM粒子数据文件中的每个float型颗粒坐标值数据进行编码，并保存为XML原始编码文件；
S300：提取XML原始编码文件中的DPM颗粒位置编码数据；
S400：识别DPM颗粒位置编码数据中的各个项目并进行记录；
S500：判断DPM颗粒位置编码数据中的各个项目是否被全部识别，若是，则进行步骤S600；
S600：对提取的DPM颗粒位置编码数据进行处理及分析，生成DPM颗粒数量分布图，根据所述DPM颗粒数量分布图得到颗粒运动全过程跟踪结果；
S700：输出颗粒运动全过程跟踪结果。
2.根据权利要求1所述的一种颗粒运动全过程的跟踪方法，其特征在于，所述S200包括：
采用Base64/LE编码将float型颗粒坐标值数据3个字节转换为4个字节，每76个字符加一个换行符，并将结束符进行相应转换，得到XML原始编码文件。
3.根据权利要求1所述的一种颗粒运动全过程的跟踪方法，其特征在于，所述S300中的DPM颗粒位置编码数据包括颗粒运动时间以及对应的颗粒数量、颗粒坐标。
4.根据权利要求1所述的一种颗粒运动全过程的跟踪方法，其特征在于，所述S500还包括：判断DPM颗粒位置编码数据中的各个项目是否被全部识别，若否，则对项目进行更新，继续提取DPM颗粒位置编码数据。
5.一种颗粒运动全过程的跟踪系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取带有float型颗粒坐标值数据的DPM粒子数据文件；
转换模块，与所述获取模块连接，用于对DPM粒子数据文件中的每个float型颗粒坐标值数据进行编码，并保存为XML原始编码文件；
提取模块，与所述转换模块连接，用于提取XML原始编码文件中的DPM颗粒位置编码数据；
识别模块，与所述提取模块连接，用于识别DPM颗粒位置编码数据中的各个项目并进行记录；
判断模块，与所述识别模块连接，用于判断DPM颗粒位置编码数据中的各个项目是否被全部识别；
生成模块，与所述判断模块连接，用于对提取的DPM颗粒位置编码数据进行处理及分析，生成DPM颗粒数量分布图，根据所述DPM颗粒数量分布图得到颗粒运动全过程跟踪结果；
输出模块，与所述生成模块连接，用于输出颗粒运动全过程跟踪结果。
6.一种非暂态计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4任一项所述的一种颗粒运动全过程的跟踪方法的步骤。
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