CN117610354A - 一种直六面体网格映射方法及装置 - Google Patents

一种直六面体网格映射方法及装置 Download PDF

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CN117610354A CN202311577768.0A CN202311577768A CN117610354A CN 117610354 A CN117610354 A CN 117610354A CN 202311577768 A CN202311577768 A CN 202311577768A CN 117610354 A CN117610354 A CN 117610354A
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汪渊
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Abstract

本发明公开了一种直六面体网格映射方法及装置，涉及数值计算领域，包括：对实际网格层进行重构获得虚构网格层，计算实际、虚构网格层的网格参数信息；根据网格参数信息确定实际、虚构网格层之间的关联关系；采用两级网格搜索算法对关联关系进行搜索获得与第一网格单元关联的第二网格单元，并在源场的虚构网格层搜索出距离第二网格单元最近的第三网格单元，基于第三网格单元对源场的实际网格层进行搜索获得与第一网格单元相交的第四网格单元；结合第一、第四网格单元的相对位置关系计算出第一、第四网格单元在空间方向的相交长度，并由相交长度计算出相交体积；根据物理场的变量属性选择相应的网格映射策略对相交体积进行映射，获得网格映射结果。

Description

一种直六面体网格映射方法及装置
技术领域
本发明涉及数值计算领域，更具体地说，它涉及一种直六面体网格映射方法及装置。
背景技术
在气象学、传热学、结构力学、核工程等学科领域涉及流体、固体结构、传热等物理场的计算，常对这些物理场采用数值微分或积分的形式在空间上进行离散，并选择合适的数值求解方法进行计算，获得整个物理场的分布结果。由于有些物理现象存在场与场之间的反馈效应，加上不同的物理场往往具有不同的空间网格，要实现一个场的数据向另一个物理场的传递，必须进行两个物理场计算所依赖网格之间的空间映射，来获得更加真实的计算结果。此外，在单一物理场中，空间网格有时划分比较大，如气象或地理学，为了获得空间内计算网格之外的其他点的结果时，也需要采用网格映射实现从已知点结果到未知点结果的映射计算。
上述学科领域物理场所涉及的空间网格可分为两类：结构化网格和非结构化网格，由于结构化网格生成简单、网格规则，应用领域十分广泛，比如数值传热学、流体力学、结构力学等，但结构化网格较难处理复杂几何，非结构化网格没有规则的拓扑结构，具有较强的灵活性。
目前现有技术给出的映射方法包括搜索法和权重法，搜索法就是找到离目标场网格最近的源场网格(一个或多个网格)，将源场最近的网格数值简单处理即可获得目标场的数值；权重法就是建立目标场各网格与源场各网格的映射关系。典型的空间映射方法包括K-D树搜索法、反距离权重插值法和克里金插值法等，反距离权重插值法和克里金插值法在地理信息学科领域得到了广泛应用。
但在对网格映射精度有较高要求的应用场景中，比如像反应堆堆芯精细耦合计算，这些网格映射方法还存在一些不足：1)如果网格较大或物理场存在较大的梯度时，仅采用搜索法得到的结果偏差较大，2)大部分权重法需要进行大型矩阵计算，计算量大导致网格映射效率降低，特别是针对大规模网格映射时效率更低，且权重奇函数的选择对于网格映射结果的精度有较大影响，3)物理场变量类型包括强度量(与体积无关)和广延量(与体积相关)，上述方法主要适用于强度量，而对广延量支持较差。
因此，如何提高核反应堆堆芯耦合计算等领域内所涉及的结构化网格的映射效率和精度是目前急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种直六面体网格映射方法及装置，用以提高核反应堆堆芯耦合计算所涉及的结构化网格的映射效率和精度。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明的第一方面，提供了一种直六面体网格映射方法，包括：
采用几何描述格式对目标场和源场的实际网格层进行重构，获得目标场和源场的虚构网格层，并计算出实际网格层和虚构网格层的网格参数信息；
根据网格参数信息确定实际网格层与虚构网格层的网格单元之间的关联关系；
采用两级网格搜索算法对关联关系进行搜索，获得与目标场的实际网格层的第一网格单元关联的第二网格单元，并在源场的虚构网格层搜索出距离第二网格单元最近的第三网格单元，基于第三网格单元对源场的实际网格层进行搜索，获得与第一网格单元相交的源场实际网格层的第四网格单元；其中第二网格单元为目标场的虚构网格层包含的网格单元；
结合目标场的第一网格单元和源场的第四网格单元的相对位置关系，计算出第一网格单元与第四网格单元在空间方向的相交长度，根据在空间方向的相交长度计算出相交体积；
根据物理场的变量属性，选择相应的网格映射策略对相交体积进行映射，获得网格映射结果；其中变量属性为广延量或强度量。
在一种实现方案中，采用几何描述格式对目标场和源场各自的实际网格层进行重构，获得目标场和源场各自的虚构网格层，具体为：以等网格数目和/或等边长的方式对目标场和源场各自的实际网格层进行构造，得到目标场和源场各自的虚构网格层。
在一种实现方案中，所述并计算出实际网格层和虚构网格层的网格参数信息，包括：
基于目标场和源场的几何参数，确定目标场和源场的节点坐标，其中节点坐标是由节点序号和节点坐标构成的；
根据目标场和源场的点坐标，确定实际网格层和虚构网格层的网格单元的网格节点信息；
根据网格节点信息计算实际网格层和虚构网格层的网格参数信息，其中网格参数信息包括边长和中心坐标，边长等于网格单元的相邻节点坐标的差值，中心坐标等于网格单元的节点坐标加上边长的一半。
在一种实现方案中，根据网格参数信息确定实际网格层与虚构网格层的网格单元之间的关联关系，具体为：
根据实际网格层的网格单元的中心坐标和节点坐标，与虚构网格层的网格单元的中心坐标和节点坐标的包含关系，确定出实际网格层与虚构网格层的网格单元之间的关联关系，其中关联关系表征实际网格层的多个网格单元属于虚构网格层的一个网格单元。
在一种实现方案中，若实际网格层的在空间方向上的网格单元的中心坐标小于等于虚构网格层在空间方向上的网格单元的节点坐标，且大于虚构网格层在空间方向上的相邻节点的节点坐标，则实际网格层的多个网格单元包含于虚构网格层的一个网格单元。
在一种实现方案中，所述并在源场的虚构网格层搜索出距离第二网格单元最近的第三网格单元，具体为：
遍历源场的虚构网格层，当源场的虚构网格层的网格单元的中心坐标与第二网格单元的中心坐标之间距离最小时，则搜索出距离第二网格单元最近的第三网格单元。
在一种实现方案中，结合目标场的第一网格单元和源场的第四网格单元的相对位置关系，计算出第一网格单元与第四网格单元在空间方向的相交长度，根据在空间方向的相交长度计算出相交体积，包括：
计算目标场和源场的实际网格层的网格单元的左边坐标和右边坐标；
通过判断左边坐标和右边坐标的相对位置，确定第四网格单元与第一网格单元的相交类型，其中相交类型包括左侧相交、右侧相交、内包围和外包围；
根据相交类型计算第四网格单元与第一网格单元在空间方向上的相交长度；
根据相交长度计算出第四网格单元与第一网格单元的相交体积。
在一种实现方案中，根据物理场的变量属性，选择相应的网格映射策略对相交体积进行映射，获得网格映射结果，其中变量属性为广延量或强度量，包括：
在所述物理场的变量属性为广延量时，网格映射策略为：计算出目标场的实际网格层的一个网格单元与源场的实际网格层的N个网格单元相交的第一体积，再计算N个网格单元的每一个网格单元与目标场的实际网格层的M个网格单元相交的第二体积，根据第一体积和第二体积计算相交源场的网格单元占其与目标场总相交的比值，将比值与相交的所有网格单元的数量进行加权，得到源场相交的所有网格单元映射到目标场的数值，其中N和M均为正整数；
在所述物理场的变量属性为强度量时，网格映射策略为：计算出目标场的实际网格层的一个网格单元与源场的实际网格层的N个网格单元相交的第一体积，将源场相交的所有网格单元的第一体积进行与相交的所有网格单元的数量加权平均，得到源场相交的所有网格单元映射到目标场的数值。
在一种实现方案中，方法还包括：对映射前后的第二网格的总数值进行守恒修正，以实现物理场的变量属性在映射过程的守恒性；其中，在物理场的变量属性为广延量时，采用如下公式进行守恒修正：φT＝fφT，其中，T表示源场，S表示目标场，ncs表示源场虚构网格层的网格单元的总数目，nct表示目标场虚构网格层的网格单元的总数目，i表示源场的虚构网格层的第i个网格单元，j表示目标场的虚构网格层的第j个网格单元，f表示修正系数，/>表示源场第i个网格单元上的参数值，/>表示目标场第j个网格单元上的参数值；
在物理场的变量属性为强度量时，采用如下公式进行守恒修正：φT＝fφT，其中，/>表示源场第i个网格单元的参数值，Vi S表示源场第i个网格单元的体积，/>表示目标场第j个网格单元的参数值，/>表示目标场第j个网格单元的体积。
本发明的第二方面，提供了一种直六面体网格映射装置，包括：
网格层重构模块，用于采用几何描述格式对目标场和源场的实际网格层进行重构，获得目标场和源场的虚构网格层，并计算出实际网格层和虚构网格层的网格参数信息；
关联关系确定模块，用于根据网格参数信息确定实际网格层与虚构网格层的网格单元之间的关联关系；
相交网格单元搜索模块，用于采用两级网格搜索算法对关联关系进行搜索，获得与目标场的实际网格层的第一网格单元关联的第二网格单元，并在源场的虚构网格层搜索出距离第二网格单元最近的第三网格单元，基于第三网格单元对源场的实际网格层进行搜索，获得与第一网格单元相交的源场实际网格层的第四网格单元，其中第二网格单元为目标场的虚构网格层包含的网格单元；
相交体积计算模块，用于结合目标场的第一网格单元和源场的第四网格单元的相对位置关系，计算出第一网格单元与第四网格单元在空间方向的相交长度，根据在空间方向的相交长度计算出相交体积；
网格映射模块，用于根据物理场的变量属性，选择相应的网格映射策略对相交体积进行映射，获得网格映射结果，其中变量属性为广延量或强度量。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种直六面体网格映射方法，采用几何描述格式实现不同物理场的直六面体结构化网格的目标场和源场重构，采用两级网格搜索算法找到离目标场网格最近的源场网格，提高了网格映射的效率，进一步的，计算目标场网格与源场网格相交网格的相交体积，基于物理场的广延量和强度量，提供两种网格映射策略分别支持广延量和强度量的映射，得到相交网格的相交体积占目标场网格/源场的体积总数值，通过守恒修正实现物理场的变量属性在映射过程的守恒性，提高了网格映射的精度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1示出了本发明实施例提供的一种直六面体网格映射方法的流程示意图；
图2示出了本发明实施例提供的二维直六面体结构化网格的示意图；
图3示出了本发明实施例提供的三维直六面体结构化网格的示意图；
图4示出了本发明实施例提供的两级网格层(即第一网格层和第二网格层)的示意图；
图5示出了本发明实施例提供的网格在水平方向(x方向)的位置关系示意图；
图6示出了本发明实施例提供的二维广延量网格映射结果示意图；
图7示出了本发明实施例提供的三维强度量网格映射结果示意图；
图8示出了本发明实施例提供的孤立直六面体组成的非结构网格映射示意图；
图9示出了本发明实施例提供的一种直六面体网格映射装置的原理框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
需说明的是，可在本申请的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所申请的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本申请的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
需要理解的是，，诸如术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
目前现有技术给出的映射方法包括搜索法和权重法，搜索法就是找到离目标场网格最近的源场网格(一个或多个网格)，将源场最近的网格数值简单处理即可获得目标场的数值；权重法就是建立目标场各网格与源场各网格的映射关系。典型的空间映射方法包括K-D树搜索法、反距离权重插值法和克里金插值法等，反距离权重插值法和克里金插值法在地理信息学科领域得到了广泛应用。
但在对网格映射精度有较高要求的应用场景中，比如像反应堆堆芯精细耦合计算，这些网格映射方法还存在一些不足：1)如果网格较大或物理场存在较大的梯度时，仅采用搜索法得到的结果偏差较大，2)大部分权重法需要进行大型矩阵计算，计算量大导致网格映射效率降低，特别是针对大规模网格映射时效率更低，且权重奇函数的选择对于网格映射结果的精度有较大影响，3)物理场变量类型包括强度量(与体积无关)和广延量(与体积相关)，上述方法主要适用于强度量，而对广延量支持较差。
因此，如何充分考虑上述网格映射方法的优缺点，并结合实际网格映射参数的特征，采用更合适的网格映射方法来提高网格映射的效率、精度和应用范围，更好的满足核反应堆堆芯精细耦合计算等应用需求，从而来解决现有的网格映射方法在应用于核反应堆堆芯耦合计算等领域内所涉及的结构化网格的映射效率较低和精度不足的问题。
故此，本实施例提供了一种直六面体网格映射方法，采用几何描述格式实现不同物理场的直六面体结构化网格的目标场和源场重构，采用两级网格搜索算法找到离目标场网格最近的源场网格，提高了网格映射的效率，进一步的，计算目标场网格与源场网格相交网格的相交体积，基于物理场的广延量和强度量，提供两种网格映射策略分别支持广延量和强度量的映射，得到相交网格的相交体积占目标场网格/源场的体积总数值，通过守恒修正实现物理场的变量属性在映射过程的守恒性，提高了网格映射的精度。
下面将对本申请实施例提供的一种直六面体网格映射方法进行解释与说明，请参考图1，图1为本申请实施例提供的一种直六面体网格映射方法的流程示意图，如图1所示，方法包括以下步骤：
S101，采用几何描述格式对目标场和源场的实际网格层进行重构，获得目标场和源场的虚构网格层，并计算出实际网格层和虚构网格层的网格参数信息。
具体而言，几何描述格式是指采用先描述点坐标，再描述每个控制体由哪些点按何种顺序链接而成。可以理解的是，对于实际网格层的网格单元，其尺寸参数是小于虚构网格层的网格单元的，例如当网格单元为二维网格时，实际网格层的网格单元的边长小于虚构网格层的网格单元的边长。
典型的直六面体网格示意图如图2和图3所示，图2示意了二维直六面体结构化网格及坐标点连接顺序，图3示意了三维直六面体结构化网格和坐标点连接顺序，基于目标场和源场已有的几何参数或结构化网格，建立目标场和源场的点坐标，假设源场标识为S，目标场标识为T。
源场的点坐标按(点序号，点坐标)进行描述，如下所示：
目标场的点坐标按(点序号，点坐标)进行描述，如下所示：
其中，nps和npt分别表示源场和目标场的坐标点的总数目，如果为二维网格，则z方向坐标统一为0.0；源场和目标场网格点坐标应为相同的单位，比如米或厘米等；所有坐标为真实绝对坐标。
按照图2或图3中网格点的连接顺序重构目标场和源场网格，图2和图3提供了一种典型的网格连接顺序，可以理解的是，其他的连接顺序还包括顺时针连接顺序、逆时针连接顺序等。则源场的网格按网格序号和连接顺序排列的点序号进行描述，如下所示：
则目标场的网格按网格序号和连接顺序排列的点序号进行描述，如下所示
其中，ncs和nct分别表示源场和目标场的总网格数目，如果为二维网格，则点5-点8的点不需要进行描述，PCi,1至PCi,4或PCi,8为上文中定义的点坐标。
采用几何描述格式对目标场和源场的实际网格层进行重构，获得目标场和源场的虚构网格层，具体为：以等网格数目和/或等边长的方式对目标场和源场各自的实际网格层进行构造，得到目标场和源场各自的虚构网格层。
具体而言，目标场和源场的真实网格作为实际网格层，虚构网格构造示意图如图4所示，虚构网格层中的网格单元用CC(Coarse Cell)进行标识，并采用上文的定义的实际网格层的网格单元的节点方式对虚构网格层的网格单元的节点进行描述。在图4中，黑色网格为真实网格，红色网格为虚构网格。
示例性地，目标场的虚构网格层的网格单元的节点描述可表达为：
源场的虚构网格层的网格单元的节点描述可表达为：
其中，ncs和nct分别为表示源场和目标场的虚构网格层的网格单元的总数目，如果为二维网格，则点5至点8的点不需要进行描述，PCCi,1至PCCi,4或PCCi,8为步骤S1011中定义的坐标点序号，源场和目标场可以采用相同或不同的方式(例如均采用等网格数目的方式)构造虚构网格层，虚构网格层比实际网格层的总数低2至3个数量级。
相应地，在一个实施例中，计算出实际网格层和虚构网格层的网格参数信息，包括：基于目标场和源场的几何参数，确定目标场和源场的节点坐标，其中节点坐标是由节点序号和节点坐标构成的；根据目标场和源场的点坐标，确定实际网格层和虚构网格层的网格单元的网格节点信息；根据网格节点信息计算实际网格层和虚构网格层的网格参数信息，其中网格参数信息包括边长和中心坐标，边长等于网格单元的相邻节点坐标的差值，中心坐标等于网格单元的节点坐标加上边长的一半。
本实施例中，基于上文中定义的实际网格层的网格单元的节点，以及虚构网格层的网格单元的节点，以图2和图3作为示例，计算目标场和源场每个网格单元的边长、中心坐标和体积，计算公式如下：
(1)边长
或/>
或/>
或/>
(2)中心坐标
(3)体积
S102，根据网格参数信息确定实际网格层与虚构网格层的网格单元之间的关联关系。
本实施例中，由于虚构网格层的网格单元是由实际网格层的网格单元构造而来的，因此，以图4为例，若网格单元是二维平面网格，以一个平面坐标系对二维平面网格的节点信息进行描述，其即为在平面坐标系上的坐标数值，而在虚构网格层的网格单元也是平面坐标系上的坐标数值，但不同的是虚构网格层的一个网格单元是由实际网格层的多个网格单元构成，这可以理解为比较常见的说明，例如九宫格是由9个小方格组成的，此处9个小方格即为本实施例的实际网格层的9个网格单元，九宫格即为虚构网格层的一个网格单元。
故而，可以基于实际网格层与虚构网格层的网格单元的网格参数信息，来确定出实际网格层与虚构网格层的网格单元之间的关联关系。
在一个实施例中，根据网格参数信息确定实际网格层与虚构网格层的网格单元之间的关联关系，具体为：根据实际网格层的网格单元的中心坐标和节点坐标，与虚构网格层的网格单元的中心坐标和节点坐标的包含关系，确定出实际网格层与虚构网格层的网格单元之间的关联关系，其中关联关系表征实际网格层的多个网格单元属于虚构网格层的一个网格单元。
具体而言，若实际网格层的在空间方向上的网格单元的中心坐标小于等于虚构网格层在空间方向上的网格单元的节点坐标，且大于虚构网格层在空间方向上的相邻节点的节点坐标，则实际网格层的多个网格单元包含于虚构网格层的一个网格单元。
具体的，若网格参数信息满足如下计算式则实际网格层的网格单元包含于虚构网格层的网格单元。cxCi、cyCi和czCi分别表示真实网格层第i个网格单元的网格中心在x、y、z方向的坐标；/>和/>分别表示虚构网格层的网格单元j在x方向的边界坐标，/>和/>分别表示虚构网格层的网格单元j在y方向的边界坐标，/>和/>分别表示虚构网格层的网格单元j在z方向的边界坐标。
该计算式表达的是当真实网格层第i个网格单元的网格中心坐标落在虚构网格层的网格单元j的边界范围内时，则真实网格层的网格单元i包含于虚构网格层的网格单元j中。
S103，采用两级网格搜索算法对关联关系进行搜索，获得与目标场的实际网格层的第一网格单元关联的第二网格单元，并在源场的虚构网格层搜索出距离第二网格单元最近的第三网格单元，基于第三网格单元对源场的实际网格层进行搜索，获得与第一网格单元相交的源场实际网格层的第四网格单元；其中第二网格单元为目标场的虚构网格层包含的网格单元。
具体的，在一个实施例中，所述并在源场的虚构网格层搜索出距离第二网格单元最近的第三网格单元，具体为：遍历源场的虚构网格层，当源场的虚构网格层的网格单元的中心坐标与第二网格单元的中心坐标之间距离最小时，则搜索出距离第二网格单元最近的第三网格单元。
假设目标场的实际网格层的第一网格单元则根据上文的计算式即可搜索第一网格单元/>所属的目标场的虚构网格层包含的第二网格单元/>在源场的虚构网格层中找到离第二网格单元/>最近的第三网格单元/>
可以理解的是，基于上文给出的目标场和源场的实际网格层和虚构网格层的网格参数信息，在结合计算式从而可以确定出第一网格单元/>所属的目标场的虚构网格层包含的第二网格单元/>相应地，由一个网格单元的中心坐标与另一个网格单元的中心坐标，计算出网格单元之间的距离是常规技术手段，故此不做详细赘述，而后，结合计算出的距离的大小，即可在源场的虚构网格层搜索出距离第二网格单元最近的第三网格单元/>
例如，网格单元间距离的计算式为：
需要说明的是，当采用相同方式构造目标场和源场的虚构网格层或者构造的目标场和源场的虚构网格层一致时，可以不执行本实施例针对第三网格单元的网格搜索过程，从而使得本申请提供的网格映射方法具备更高的搜索效率。
进一步的，在源场的虚构网格层的第三网格单元找到与目标场的实际网格层的第一网格单元相交的源场的实际网格层的第四网格单元/>需要说明的，针对第四网格单元/>的搜索过程是基于源场网格和目标场网格左右边的相对位置来确定网格的相交类型，来确定在源场的实际网格层与第一网格单元相交的第四网格单元，以及相交情况。
S104，结合目标场的第一网格单元和源场的第四网格单元的相对位置关系，计算出第一网格单元与第四网格单元在空间方向的相交长度，根据在空间方向的相交长度计算出相交体积。
计算相交体积的步骤为：计算目标场和源场的实际网格层的网格单元的左边坐标和右边坐标；通过判断左边坐标和右边坐标的相对位置，确定第四网格单元与第一网格单元的相交类型，其中相交类型包括左侧相交、右侧相交、内包围和外包围；根据相交类型计算第四网格单元与第一网格单元在空间方向上的相交长度；根据相交长度计算出第四网格单元与第一网格单元的相交体积。
具体的，目标场实际网格层的网格单元与源场实际网格层的网格单元位置关系如图5所示，以空间方向的x水平方向为例，计算x方向源场网格与目标场网格的相交长度，如下：
S1041，计算源场和目标场网格的左右边坐标
S1042，通过判断源场网格和目标场网格左右边的相对位置来确定网格的相交类型，并计算相交长度，判断逻辑如下：
左相交：xt,r≥xs,l&&xt,r≤xs,r&&xt,l＜xs,l，dx＝xt,r-xs,l；
右相交：xt,l≥xs,l&&xt,l≤xs,r&&xt,r＞xs,r，dx＝xs,r-xt,l；
内包围：(xt,r≥xs,l&&xt,r≤xs,r)&&(xt,l≥xs,l&&xt,l≤xs,r)，dx＝xt,r-xt,l；
外包围：xt,r＞xs,r&&xt,l≤xs,l，dx＝xs,r-xs,l；
不相交：xs,r＜xt,l||xs,l＞xt,r。
其中，第一个下标：t代表目标场，s代表源场；第二个下标：r和l分别代表网格的右边界和左边界。
S1043，采用步骤S1041和步骤S1042相同的处理方式，即可计算出在y方向和z方向目标场与源场最近网格相邻所有网格的相交情况，得到y方向和z方向的相交长度dy和dz。
S1044，记录相交网格的编号，并计算相交网格的相交体积dV＝dx·dy·dz。
S105，根据物理场的变量属性，选择相应的网格映射策略对相交体积进行映射，获得网格映射结果；其中变量属性为广延量或强度量。
具体而言，选择相应的网格映射策略对相交体积进行映射，获得网格映射结果，包括：
在所述物理场的变量属性为广延量时，网格映射策略为：计算出目标场的实际网格层的一个网格单元与源场的实际网格层的N个网格单元相交的第一体积，再计算N个网格单元的每一个网格单元与目标场的实际网格层的M个网格单元相交的第二体积，根据第一体积和第二体积计算相交源场的网格单元占其与目标场总相交的比值，将比值与相交的所有网格单元的数量进行加权，得到源场相交的所有网格单元映射到目标场的数值，其中N和M均为正整数；
在所述物理场的变量属性为强度量时，网格映射策略为：计算出目标场的实际网格层的一个网格单元与源场的实际网格层的N个网格单元相交的第一体积，将源场相交的所有网格单元的第一体积进行与相交的所有网格单元的数量加权平均，得到源场相交的所有网格单元映射到目标场的数值。
物理场的变量属性可以分为广延量和强度量，广延量是与体积相关的量，要求映射前后总量守恒，比如功率，强度量是与体积无关的量，比如密度、温度等。这两类变量的映射采用不同的映射算法，如表1所示。
表1不同类型参数的网格映射算法
其中，在广延量映射中，需要额外执行上文的步骤S1041-S1044，计算出源场的实际网格层与目标场的实际网格层各个网格单元之间的相交情况，具体计算过程不再重复说明。
在一个实施例中，方法还包括：对映射前后的第二网格的总数值进行守恒修正，以实现物理场的变量属性在映射过程的守恒性；其中，在物理场的变量属性为广延量时，采用如下公式进行守恒修正：φT＝fφT，其中，T表示源场，S表示目标场，ncs表示源场虚构网格层的网格单元的总数目，nct表示目标场虚构网格层的网格单元的总数目，i表示源场的虚构网格层的第i个网格单元，j表示目标场的虚构网格层的第j个网格单元，f表示修正系数，/>表示源场第i个网格单元上的参数值，/>表示目标场第j个网格单元上的参数值；
在物理场的变量属性为强度量时，采用如下公式进行守恒修正：φT＝fφT，其中，/>表示源场第i个网格单元的参数值，Vi S表示源场第i个网格单元的体积，/>表示目标场第j个网格单元的参数值，/>表示目标场第j个网格单元的体积。
结合上文的具体实施例，本实施例还提供了以二维广延量和三维强度量的具体计算实例，如下：
本实例(1)中物理场的变量属性为广延量，按广延量映射策略进行网格映射，一个目标场网格与10个源项网格相交，相交体积均为1.0，相交的每个源项网格与一个目标场网格相交，相交体积为1.0，则映射后目标场的数值计算公式为：映射前后的目标场和源场数值结果分布采用Paraview工具显示如图6所示。
本实例(2)中物理场的变量属性为三维强度量，在实例(1)的基础上，在z方向增加网格，z方向高度为10.0，划分为10个网格，假设源场变量为强度量。采用强度量映射策略进行网格映射，一个目标场网格与10*10个源场网格相交，相交体积均为1.0，则映射后目标场的数值计算公式为：映射前后的目标场和源场数值结果分布采用Paraview工具显示如图7所示。
本实例(3)为孤立直六面体组成的非结构网格广延量，源场和目标场均为孤立直六面体组成的非结构网格，计算操作与实例(2)基本一致，映射前后的目标场和源场数值结果分布采用Paraview工具显示如图8所示。
本发明的第二方面，提供了一种直六面体网格映射装置，包括：
网格层重构模块910，用于采用几何描述格式对目标场和源场的实际网格层进行重构，获得目标场和源场的虚构网格层，并计算出实际网格层和虚构网格层的网格参数信息；
关联关系确定模块920，用于根据网格参数信息确定实际网格层与虚构网格层的网格单元之间的关联关系；
相交网格单元搜索模块930，用于采用两级网格搜索算法对关联关系进行搜索，获得与目标场的实际网格层的第一网格单元关联的第二网格单元，并在源场的虚构网格层搜索出距离第二网格单元最近的第三网格单元，基于第三网格单元对源场的实际网格层进行搜索，获得与第一网格单元相交的源场实际网格层的第四网格单元，其中第二网格单元为目标场的虚构网格层包含的网格单元；
相交体积计算模块940，用于结合目标场的第一网格单元和源场的第四网格单元的相对位置关系，计算出第一网格单元与第四网格单元在空间方向的相交长度，根据在空间方向的相交长度计算出相交体积；
网格映射模块950，用于根据物理场的变量属性，选择相应的网格映射策略对相交体积进行映射，获得网格映射结果，其中变量属性为广延量或强度量。
需要说明的是，各个模块的具体实现可以上述图1所示的方法实施例的相应描述，本实施例提供的一种直六面体网格映射装置可以用于执行本申请上述方法实施例的直六面体网格映射方法，在此不再具体赘述。
相应地，本实施例提供的一种直六面体的网格映射装置，采用几何描述格式实现不同物理场的直六面体结构化网格的目标场和源场重构，采用两级网格搜索算法找到离目标场网格最近的源场网格，提高了网格映射的效率，进一步的，计算目标场网格与源场网格相交网格的相交体积，基于物理场的广延量和强度量，提供两种网格映射策略分别支持广延量和强度量的映射，得到相交网格的相交体积占目标场网格/源场的体积总数值，通过守恒修正实现物理场的变量属性在映射过程的守恒性，提高了网格映射的精度。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直六面体网格映射方法，其特征在于，包括：
采用几何描述格式对目标场和源场的实际网格层进行重构，获得目标场和源场的虚构网格层，并计算出实际网格层和虚构网格层的网格参数信息；
根据网格参数信息确定实际网格层与虚构网格层的网格单元之间的关联关系；
采用两级网格搜索算法对关联关系进行搜索，获得与目标场的实际网格层的第一网格单元关联的第二网格单元，并在源场的虚构网格层搜索出距离第二网格单元最近的第三网格单元，基于第三网格单元对源场的实际网格层进行搜索，获得与第一网格单元相交的源场实际网格层的第四网格单元；其中第二网格单元为目标场的虚构网格层包含的网格单元；
结合目标场的第一网格单元和源场的第四网格单元的相对位置关系，计算出第一网格单元与第四网格单元在空间方向的相交长度，根据在空间方向的相交长度计算出相交体积；
根据物理场的变量属性，选择相应的网格映射策略对相交体积进行映射，获得网格映射结果；其中变量属性为广延量或强度量。
2.根据权利要求1所述的一种直六面体网格映射方法，其特征在于，采用几何描述格式对目标场和源场各自的实际网格层进行重构，获得目标场和源场各自的虚构网格层，具体为：以等网格数目和/或等边长的方式对目标场和源场各自的实际网格层进行构造，得到目标场和源场各自的虚构网格层。
3.根据权利要求1所述的一种直六面体网格映射方法，其特征在于，所述并计算出实际网格层和虚构网格层的网格参数信息，包括：
基于目标场和源场的几何参数，确定目标场和源场的节点坐标，其中节点坐标是由节点序号和节点坐标构成的；
根据目标场和源场的点坐标，确定实际网格层和虚构网格层的网格单元的网格节点信息；
根据网格节点信息计算实际网格层和虚构网格层的网格参数信息，其中网格参数信息包括边长和中心坐标，边长等于网格单元的相邻节点坐标的差值，中心坐标等于网格单元的节点坐标加上边长的一半。
4.根据权利要求3所述的一种直六面体网格映射方法，其特征在于，根据网格参数信息确定实际网格层与虚构网格层的网格单元之间的关联关系，具体为：
根据实际网格层的网格单元的中心坐标和节点坐标，与虚构网格层的网格单元的中心坐标和节点坐标的包含关系，确定出实际网格层与虚构网格层的网格单元之间的关联关系，其中关联关系表征实际网格层的多个网格单元属于虚构网格层的一个网格单元。
5.根据权利要求4所述的一种直六面体网格映射方法及装置，其特征在于，若实际网格层的在空间方向上的网格单元的中心坐标小于等于虚构网格层在空间方向上的网格单元的节点坐标，且大于虚构网格层在空间方向上的相邻节点的节点坐标，则实际网格层的多个网格单元包含于虚构网格层的一个网格单元。
6.根据权利要求1所述的一种直六面体网格映射方法，其特征在于，所述并在源场的虚构网格层搜索出距离第二网格单元最近的第三网格单元，具体为：
遍历源场的虚构网格层，当源场的虚构网格层的网格单元的中心坐标与第二网格单元的中心坐标之间距离最小时，则搜索出距离第二网格单元最近的第三网格单元。
7.根据权利要求1所述的一种直六面体网格映射方法，其特征在于，结合目标场的第一网格单元和源场的第四网格单元的相对位置关系，计算出第一网格单元与第四网格单元在空间方向的相交长度，根据在空间方向的相交长度计算出相交体积，包括：
计算目标场和源场的实际网格层的网格单元的左边坐标和右边坐标；
通过判断左边坐标和右边坐标的相对位置，确定第四网格单元与第一网格单元的相交类型，其中相交类型包括左侧相交、右侧相交、内包围和外包围；
根据相交类型计算第四网格单元与第一网格单元在空间方向上的相交长度；
根据相交长度计算出第四网格单元与第一网格单元的相交体积。
8.根据权利要求1所述的一种直六面体网格映射方法，其特征在于，根据物理场的变量属性，选择相应的网格映射策略对相交体积进行映射，获得网格映射结果，其中变量属性为广延量或强度量，包括：
在所述物理场的变量属性为广延量时，网格映射策略为：计算出目标场的实际网格层的一个网格单元与源场的实际网格层的N个网格单元相交的第一体积，再计算N个网格单元的每一个网格单元与目标场的实际网格层的M个网格单元相交的第二体积，根据第一体积和第二体积计算相交源场的网格单元占其与目标场总相交的比值，将比值与相交的所有网格单元的数量进行加权，得到源场相交的所有网格单元映射到目标场的数值，其中N和M均为正整数；
在所述物理场的变量属性为强度量时，网格映射策略为：计算出目标场的实际网格层的一个网格单元与源场的实际网格层的N个网格单元相交的第一体积，将源场相交的所有网格单元的第一体积进行与相交的所有网格单元的数量加权平均，得到源场相交的所有网格单元映射到目标场的数值。
9.根据权利要求1至8任一项所述的一种直六面体网格映射方法，其特征在于，方法还包括：对映射前后的第二网格的总数值进行守恒修正，以实现物理场的变量属性在映射过程的守恒性；其中，在物理场的变量属性为广延量时，采用如下公式进行守恒修正：其中，T表示源场，S表示目标场，ncs表示源场虚构网格层的网格单元的总数目，nct表示目标场虚构网格层的网格单元的总数目，i表示源场的虚构网格层的第i个网格单元，j表示目标场的虚构网格层的第j个网格单元，f表示修正系数，/>表示源场第i个网格单元上的参数值，/>表示目标场第j个网格单元上的参数值；
在物理场的变量属性为强度量时，采用如下公式进行守恒修正：其中，/>表示源场第i个网格单元的参数值，Vi S表示源场第i个网格单元的体积，/>表示目标场第j个网格单元的参数值，/>表示目标场第j个网格单元的体积。
10.一种直六面体网格映射装置，其特征在于，包括：
网格层重构模块，用于采用几何描述格式对目标场和源场的实际网格层进行重构，获得目标场和源场的虚构网格层，并计算出实际网格层和虚构网格层的网格参数信息；
关联关系确定模块，用于根据网格参数信息确定实际网格层与虚构网格层的网格单元之间的关联关系；
相交网格单元搜索模块，用于采用两级网格搜索算法对关联关系进行搜索，获得与目标场的实际网格层的第一网格单元关联的第二网格单元，并在源场的虚构网格层搜索出距离第二网格单元最近的第三网格单元，基于第三网格单元对源场的实际网格层进行搜索，获得与第一网格单元相交的源场实际网格层的第四网格单元，其中第二网格单元为目标场的虚构网格层包含的网格单元；
相交体积计算模块，用于结合目标场的第一网格单元和源场的第四网格单元的相对位置关系，计算出第一网格单元与第四网格单元在空间方向的相交长度，根据在空间方向的相交长度计算出相交体积；
网格映射模块，用于根据物理场的变量属性，选择相应的网格映射策略对相交体积进行映射，获得网格映射结果，其中变量属性为广延量或强度量。
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