DE102019115303A1

DE102019115303A1 - Strömungsanalysevorrichtung und Verfahren dafür

Info

Publication number: DE102019115303A1
Application number: DE102019115303.4A
Authority: DE
Inventors: Jeehun Park; Jaehyeon Park; Sangjin Lee; Hyunsik Kim
Original assignee: Doosan Heavy Industries and Construction Co Ltd
Current assignee: Doosan Enerbility Co Ltd
Priority date: 2018-08-21
Filing date: 2019-06-06
Publication date: 2020-02-27
Also published as: US20200065448A1; KR20200021766A; US11544428B2; KR102101792B1

Abstract

Es wird eine Strömungsanalysevorrichtung geschaffen. Die Strömungsanalysevorrichtung enthält eine Modellableitungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um ein analytisches Strömungsmodell zum Ausführen einer Strömungsanalyse für mehrere Zellen unter Verwendung analytischer Daten, die mehrere Eingangssignale, die zum Ausführen mehrerer Iterationen der numerischen Analyse durch die numerische Strömungsmechanik (CFD) verwendet werden, und mehrere Ausgangssignale, die jedem der mehreren Eingangssignale entsprechen, enthalten, zu erzeugen, und einen Strömungsanalysator, der konfiguriert ist, um die Strömungsanalyse für die mehreren Zellen, die den Raum um eine Entwurfszielkomponente aufteilen, unter Verwendung des erzeugten analytischen Strömungsmodells auszuführen.

Description

HINTERGRUND
Gebiet
Die mit den beispielhaften Ausführungsformen konsistenten Verfahren und Vorrichtungen beziehen sich auf eine Strömungsanalysetechnik und insbesondere auf eine Strömungsanalysevorrichtung und ein Verfahren dafür.
Beschreibung des Standes der Technik
Die Strömungsanalyse bedeutet, eine Wechselwirkung zwischen Fluiden, wie z. B. Flüssigkeiten und Gasen, um eine zu analysierende Zielkomponente und eine durch eine Randbedingung definierte Oberfläche und eine Strömungsänderung dadurch und die relevanten Eigenschaften zu bestätigen. Die numerische Strömungsmechanik (CFD) soll die Strömung von Wärme und eines Fluids durch eine Rechenoperation reproduzieren und hat die Analyse für die frühere Wärme- und Fluidbewegung durch eine effektive numerische Analyse während eines kurzen Zeitraums aufgrund der Entwicklung eines Computers anstatt durch ein auf dem Experiment basierendes Verfahren reproduziert, wobei sich hierdurch Zeit- und Kosteneinsparungen ergeben. Eine bestimmende Gleichung des Fluidverhaltens ist eine nichtlineare partielle Differentialgleichung, die die Bewegung des Fluids mit Viskosität beschreibt, die eine Gleichung ist, die sowohl den Konvektionsterm als auch den Diffusionsterm enthält, und wobei sie die meisten Strömungen, die in der natürlichen Welt vorhanden sind, wie z. B. das Wetter und die Fluidströmung des Stroms, analysieren kann.
ZUSAMMENFASSUNG
Die Aspekte einer oder mehrerer beispielhafter Ausführungsformen schaffen eine Strömungsanalysevorrichtung und ein Verfahren für sie zum Verkürzen des Zeitraums der Strömungsanalyse.
Gemäß einem Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform wird eine Strömungsanalysevorrichtung geschaffen, die enthält: eine Modellableitungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um ein analytisches Strömungsmodell zum Ausführen einer Strömungsanalyse für mehrere Zellen durch das Simulieren einer numerischen Analyse durch die numerische Strömungsmechanik (CFD) bezüglich der mehreren Zellen, die einen Raum um eine Komponente aufteilen, zu erzeugen, und einen Strömungsanalysator, der konfiguriert ist, um die Strömungsanalyse für die mehreren Zellen, die den Raum um eine Entwurfszielkomponente aufteilen, unter Verwendung des erzeugten analytischen Strömungsmodells auszuführen.
Die Modellableitungsvorrichtung kann einen Speicher für Analysedaten, der konfiguriert ist, um analytische Daten zu speichern, die für die numerische Analyse verwendet werden, eine Signalerzeugungsmodellableitungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um das Signalerzeugungsmodell zum Vorhersagen eines Eingangssignals, das zu einem Ausgangssignal der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, beiträgt, durch die analytischen Daten zu erzeugen, und eine Ableitungsvorrichtung für analytische Modelle, die konfiguriert ist, um das analytische Modell zum Vorhersagen des Ausgangssignals der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, durch die analytischen Daten zu erzeugen, enthalten.
Die Signalerzeugungsmodellableitungsvorrichtung sagt das Eingangssignal, das zu dem Ausgangssignal der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, beiträgt, durch eine Gleichung $\hat{V} (k + T) = H Q [\begin{matrix} V (k) \\ Y (k) \end{matrix}] + D$
vorher, wobei sich k und K auf die Anzahl der numerischen Analysen beziehen, sich H auf einen Grad des Einflusses bezieht, sich Q auf ein Gewicht bezieht, sich D auf eine Aufhebungskonstante bezieht, sich V(k) auf ein Eingangssignal der k-ten numerischen Analyse bezieht, sich Y(k) auf ein Ausgangssignal der k-ten numerischen Analyse bezieht und sich V̂(k + T) auf ein Eingangssignal der (k + T)-ten numerischen Analyse bezieht.
Die Signalerzeugungsmodellableitungsvorrichtung erzeugt ein Signalerzeugungsmodell durch das Ableiten eines Parameters durch einen Optimierungsalgorithmus nach dem Bilden einer Beziehungsgleichung des Signalerzeugungsmodells, wo der Parameter nicht bestimmt ist.
Die Ableitungsvorrichtung für analytische Modelle sagt das Ausgangssignal der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, durch eine Gleichung $\hat{Y} (k + T) = A P [\begin{matrix} V (k) \\ \hat{V} (k + T) \end{matrix}] + C$
vorher, wobei sich k und T auf Parameter beziehen, die die Anzahl der numerischen Analysen repräsentieren, sich A auf einen Grad des Einflusses bezieht, sich P auf ein Gewicht bezieht, sich C auf eine Aufhebungskonstante bezieht, sich Y(k) auf ein Ausgangssignal der k-ten numerischen Analyse bezieht, sich V̂(k + T) auf ein Eingangssignal der (k + T)-ten numerischen Analyse bezieht und sich Ŷ(k + T) auf ein Ausgangssignal der (k + T)-ten numerischen Analyse bezieht.
Die Ableitungsvorrichtung für analytische Modelle erzeugt ein analytisches Modell durch das Ableiten eines Parameters durch einen Optimierungsalgorithmus nach dem Bilden einer Beziehungsgleichung des analytischen Modells, wo der Parameter nicht bestimmt ist.
Der Strömungsanalysator kann einen numerischen Analysator, der konfiguriert ist, um die analytischen Daten durch das Ausführen der numerischen Analyse bezüglich einer Zielentwurfskomponente abzuleiten, einen Signalgenerator, der konfiguriert ist, um das Eingangssignal, das zu dem Ausgangssignal der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, beiträgt, durch das von der Signalerzeugungsmodellableitungsvorrichtung abgeleitete Signalerzeugungsmodell und die von dem numerischen Analysator abgeleiteten analytischen Daten zu erzeugen, und einen Analysator, der konfiguriert ist, um das Ausgangssignal der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, durch das von der Ableitungsvorrichtung für analytische Modelle abgeleitete analytische Modell und das durch den Signalgenerator vorhergesagte Eingangssignal abzuleiten, enthalten.
Der numerische Analysator leitet die analytischen Daten durch das Ausführen der numerischen Analyse durch die numerische Strömungsmechanik bezüglich der mehreren Zellen ab, die den Raum um eine Zielentwurfskomponente aufteilen.
Der Signalgenerator leitet das Eingangssignal, das zu dem Ausgangssignal der numerischen Analyse, die die vorgegebene Anzahl von Iterationen ausgeführt hat, beiträgt, durch das Eingeben der analytischen Daten in das Signalerzeugungsmodell ab.
Der Analysator leitet das Ausgangssignal der numerischen Analyse, wobei die numerische Analyse die vorgegebene Anzahl von Iterationen ausgeführt hat, durch das Eingeben des Ausgangssignals der analytischen Daten und des beitragenden Eingangssignals in das analytische Modell ab.
Gemäß einem Aspekt einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird eine Strömungsanalysevorrichtung geschaffen, die enthält: eine Modellableitungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um ein analytisches Strömungsmodell zum Ausführen einer Strömungsanalyse für mehrere Zellen unter Verwendung der analytischen Daten, die für eine numerische Analyse durch die numerische Strömungsmechanik (CFD) bezüglich der mehreren Zellen, die einen Raum um eine Komponente aufteilen, verwendet werden, zu erzeugen, und einen Strömungsanalysator, der konfiguriert ist, um die Strömungsanalyse für die mehreren Zellen, die den Raum um eine Entwurfszielkomponente aufteilen, unter Verwendung des erzeugten analytischen Strömungsmodells auszuführen.
Das analytische Strömungsmodell kann die numerische Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, durch die numerische Strömungsmechanik simulieren.
Das analytische Strömungsmodell kann ein oder mehrere Signalerzeugungsmodelle zum Vorhersagen eines Eingangssignals, das zu einem Ergebnis der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, beiträgt, unter den mehreren Eingangssignalen durch die analytischen Daten und ein analytisches Modell zum Vorhersagen des Ergebnisses der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, durch die analytischen Daten enthalten.
Das Signalerzeugungsmodell kann das Eingangssignal, das zu dem Ausgangssignal der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, beiträgt, durch eine Gleichung $\hat{V} (k + T) = H Q [\begin{matrix} V (k) \\ Y (k) \end{matrix}] + D$
vorhersagen, wobei sich k und T auf die Anzahl der numerischen Analysen beziehen, sich H auf einen Grad des Einflusses bezieht, sich Q auf ein Gewicht bezieht, sich D auf eine Aufhebungskonstante bezieht, sich V(k) auf ein Eingangssignal der k-ten numerischen Analyse bezieht, sich Y(k) auf ein Ausgangssignal der k-ten numerischen Analyse bezieht und sich V̂(k + T) auf ein Eingangssignal der (k + T)-ten numerischen Analyse bezieht.
Das analytische Modell kann das Ausgangssignal der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, durch eine Gleichung $\hat{Y} (k + T) = A P [\begin{matrix} V (k) \\ \hat{V} (k + T) \end{matrix}] + C$
vorhersagen, wobei sich k und T auf die Anzahl der numerischen Analysen beziehen, sich A auf einen Grad des Einflusses bezieht, sich P auf ein Gewicht bezieht, sich C auf eine Aufhebungskonstante bezieht, sich Y(k) auf ein Ausgangssignal der k-ten numerischen Analyse bezieht, sich V̂(k + T) auf ein Eingangssignal der (k + T)-ten numerischen Analyse bezieht und sich Ŷ(k + T) auf ein Ausgangssignal der (k + T)-ten numerischen Analyse bezieht.
Gemäß einem Aspekt einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Strömungsanalyseverfahren geschaffen, das enthält: Speichern durch eine Modellableitungsvorrichtung analytischer Daten, die mehrere Eingangssignale, die für eine numerische Analyse durch die numerische Strömungsmechanik (CFD) bezüglich mehrerer Zellen, die einen Raum um eine Komponente aufteilen, verwendet werden, und mehrere Ausgangssignale, die jedem der mehreren Eingangssignale entsprechen, enthalten, Erzeugen durch die Modellableitungsvorrichtung eines analytischen Strömungsmodells zum Ausführen einer Strömungsanalyse für die mehreren Zellen unter Verwendung der analytischen Daten und Ausführen durch einen Strömungsanalysator der Strömungsanalyse für die mehreren Zellen, die den Raum um eine Entwurfszielkomponente aufteilen, unter Verwendung des analytischen Strömungsmodells.
Das Erzeugen des analytischen Strömungsmodells enthält das Erzeugen durch eine Signalerzeugungsmodellableitungsvorrichtung eines Signalerzeugungsmodells zum Vorhersagen eines Eingangssignals, das zu einem Ausgangssignal der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, beiträgt, unter den mehreren Eingangsdaten durch die analytischen Daten und das Erzeugen durch eine Ableitungsvorrichtung für analytische Modelle eines analytischen Modells zum Vorhersagen des Ausgangssignals der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, unter den mehreren Eingangssignalen durch die analytischen Daten.
Das Erzeugen des Signalerzeugungsmodells enthält das Vorhersagen des Eingangssignals, das zu dem Ausgangssignal der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, beiträgt, durch eine Gleichung $\hat{V} (k + T) = H Q [\begin{matrix} V (k) \\ Y (k) \end{matrix}] + D,$
wobei sich k und T auf die Anzahl der numerischen Analysen beziehen, sich H auf einen Grad des Einflusses bezieht, sich Q auf ein Gewicht bezieht, sich D auf eine Aufhebungskonstante bezieht, sich V(k) auf ein Eingangssignal der k-ten numerischen Analyse bezieht, sich Y(k) auf ein Ausgangssignal der k-ten numerischen Analyse bezieht und sich V̂(k + T) auf ein Eingangssignal der (k + T)-ten numerischen Analyse bezieht.
Das Erzeugen des analytischen Modells enthält das Vorhersagen des Ausgangssignals der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, durch eine Gleichung $\hat{Y} (k + T) = A P [\begin{matrix} V (k) \\ \hat{V} (k + T) \end{matrix}] + C,$
wobei sich k und T auf die Anzahl der numerischen Analysen beziehen, sich A auf einen Grad des Einflusses bezieht, sich P auf ein Gewicht bezieht, sich C auf eine Aufhebungskonstante bezieht, sich Y(k) auf ein Ausgangssignal der k-ten numerischen Analyse bezieht, sich V̂(k + T) auf ein Eingangssignal der (k + T)-ten numerischen Analyse bezieht und sich Ŷ(k + T) auf ein Ausgangssignal der (k + T)-ten numerischen Analyse bezieht.
Das Erzeugen des Signalerzeugungsmodells enthält das Bilden durch die Signalerzeugungsmodellableitungsvorrichtung einer Beziehungsgleichung des Signalerzeugungsmodells, wo ein Parameter nicht bestimmt ist, und das Fertigstellen durch die Signalerzeugungsmodellableitungsvorrichtung des Signalerzeugungsmodells durch das Ableiten des Parameters durch einen Optimierungsalgorithmus.
Das Erzeugen des analytischen Modells enthält das Bilden durch die Erzeugungsvorrichtung für analytische Modelle einer Beziehungsgleichung des analytischen Modells, wo ein Parameter nicht bestimmt ist, und das Fertigstellen durch die Ableitungsvorrichtung für analytische Modelle des analytischen Modells durch das Ableiten des Parameters durch einen Optimierungsalgorithmus.
Das Ausführen der Strömungsanalyse kann das Ableiten durch einen numerischen Analysator der analytischen Daten durch das Ausführen der numerischen Analyse bezüglich einer Entwurfszielkomponente, das Ableiten durch einen Signalgenerator des Eingangssignals, das zu dem Ausgangssignal der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, beiträgt, durch das von der Signalerzeugungsmodellableitungsvorrichtung abgeleitete Signalerzeugungsmodell und die von dem numerischen Analysator abgeleiteten analytischen Daten und das Ableiten durch einen Analysator des Ausgangssignals der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, durch das von der Ableitungsvorrichtung für analytische Modelle abgeleitete analytische Modell, das von dem Signalgenerator abgeleitete Eingangssignal und die von dem numerischen Analysator abgeleiteten analytischen Daten enthalten.
Wie oben beschrieben worden ist, ist es gemäß einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen möglich, die Zeit zum Ausführen der Strömungsanalyse zu verkürzen und dadurch die Zeit zu verkürzen, die erforderlich ist, um die Komponente zu entwickeln.
Figurenliste
Die obigen und anderen Aspekte werden aus der folgenden Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen bezüglich der beigefügten Zeichnungen offensichtlicher, worin:

1 eine graphische Darstellung ist, die ein Beispiel des Aufteilens einer Entwurfszielkomponente und ihres Umfangs in mehrere Zellen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht;
2 eine graphische Darstellung zum Erklären eines analytischen Strömungsmodells gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist;
3 eine graphische Darstellung zum Erklären einer numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, für eine Strömungsanalyse gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist;
4 ein Blockschaltplan zum Erklären einer Konfiguration einer Strömungsanalysevorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist;
5 ein Ablaufplan zum Erklären eines Strömungsanalyseverfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist;
6 ein Ablaufplan zum Erklären eines Verfahrens zum Erzeugen des analytischen Strömungsmodells gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist;
7 ein Ablaufplan zum Erklären eines Verfahrens zum Ausführen der Strömungsanalyse gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist; und
8 eine graphische Darstellung ist, die eine Computervorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Im Folgenden werden verschiedene Modifikationen und verschiedene Ausführungsformen bezüglich der beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben, so dass die Fachleute auf dem Gebiet die Offenbarung leicht ausführen können. Es sollte jedoch erkannt werden, dass die verschiedenen Ausführungsformen nicht dem Einschränken des Schutzumfangs der Offenbarung auf die spezifische Ausführungsform dienen, sondern dass sie so interpretiert werden sollten, dass sie alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen der Ausführungsformen enthalten, die innerhalb des Erfindungsgedankens und technischen Schutzumfangs, die hier offenbart sind, enthalten sind. Um die Offenbarung in den Zeichnungen deutlich zu veranschaulichen, können einige Elemente, die für das vollständige Verständnis der Offenbarung nicht wesentlich sind, weggelassen sein, wobei sich gleiche Bezugszeichen überall in der Beschreibung auf gleiche Elemente beziehen.
Die in der Offenbarung verwendete Terminologie dient nur dem Zweck des Beschreibens spezifischer Ausführungsformen und ist nicht vorgesehen, um den Schutzumfang der Offenbarung einzuschränken. Es ist vorgesehen, dass die Ausdrücke „ein“, „eine“ und „der/die/das“ in der Einzahl die Ausdrücke in der Mehrzahl ebenso enthalten, wenn es der Kontext nicht deutlich anderweitig angibt. In der vorliegenden Offenbarung sollten Begriffe, wie z. B. „umfasst“, „enthält“ oder „weist auf“ so ausgelegt werden, dass sie benennen, dass es derartige Merkmale, ganze Zahlen, Schritte, Operationen, Komponenten, Teile und/oder Kombinationen daraus gibt, und das Vorhandensein oder die Möglichkeit des Hinzufügens eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Komponenten, Teile und/oder Kombinationen daraus nicht ausschließen.
Ferner können Begriffe, wie z. B. „erster“, „zweiter“ usw. verwendet werden, um verschiedene Elemente zu beschreiben, wobei aber die Elemente nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden sollten. Die Begriffe werden einfach verwendet, um ein Element von anderen Elementen zu unterscheiden. Die Verwendung derartiger Ordnungszahlen sollte nicht als die Bedeutung des Begriffs einschränkend ausgelegt werden. Die Komponenten, die einer derartigen Ordnungszahl zugeordnet sind, sollten nicht in der Reihenfolge der Verwendung, der Anordnungsreihenfolge oder dergleichen eingeschränkt werden. Jede Ordnungszahl kann gegebenenfalls austauschbar verwendet werden.
Zuerst wird ein analytisches Strömungsmodell gemäß einer beispielhaften Ausführungsform beschrieben. 1 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel des Aufteilens einer Entwurfszielkomponente und ihres Umfangs in mehrere Zellen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht. 2 ist eine graphische Darstellung zum Erklären eines analytischen Strömungsmodells gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. 3 ist eine graphische Darstellung zum Erklären einer numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, für eine Strömungsanalyse gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
In 1 kann eine Strömungsanalyse ausgeführt werden, um eine Komponente (CP), z. B. eine Komponente, wie z. B. eine Schaufel einer Turbine, zu entwerfen. Die Strömungsanalyse besteht daraus, einen Bereich um die Komponente CP in mehrere Zellen CE aufzuteilen und die Eigenschaften eines Fluids in jeder der mehreren Zellen CE gemäß einer Randbedingung der mehreren aufgeteilten Zellen CE abzuleiten. Ein Eingangssignal für die Strömungsanalyse kann die Randbedingung sein. Das Eingangssignal kann z. B. eine Viskosität der laminaren Strömung des Fluids, eine turbulente Leitung, ein Zeitunterschied zwischen den numerischen Analysen, die Iterationen ausgeführt haben, usw. in jeder Zelle CE sein. Ein Ausgangssignal kann die Eigenschaften des Fluids sein. Das Ausgangssignal kann z. B. eine Dichte, ein Impuls in der x- und der y-Richtung, eine innere Energie usw. in jeder Zelle CE sein.
In 2 kann die numerische Analyse durch die numerische Strömungsmechanik (CFD) für die Strömungsanalyse ausgeführt werden. Im Folgenden bedeutet der Ausdruck der numerischen Analyse in einer beispielhaften Ausführungsform die numerische Analyse durch die numerische Strömungsmechanik. Für die numerische Analyse wird der Umfang der Komponente CP in mehrere Zellen CE aufgeteilt. Dann wird eine nichtlineare partielle Differentialgleichung für die mehreren Zellen CE aufgestellt. Dann kann eine Näherungslösung der partiellen Differentialgleichung, z. B. durch ein Gaußsches Eliminierungsverfahren, erhalten werden.
In einer graphischen Darstellung nach 3 wird die numerische Analyse aufgrund der Eigenschaften des Fluids durch mehrere (k + T) Iterationen ausgeführt. Konzeptionell ist ein Ergebniswert der numerischen Analyse einer vorgegebenen Anzahl (k) in einer Anfangsstufe aufgrund der Eigenschaften des Fluids nicht stationär, wobei er nur nach dem Ausführen mehrerer Iterationen ein stationärer Zustand wird. Deshalb führt die numerische Analyse durch die numerische Strömungsmechanik Iterationen aus, bis das Fluid um die Komponente ein Sättigungszustand wird. Das heißt, die Strömungsanalyse dient dem Erhalten eines Ausgangssignals der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat. Die numerische Analyse zum Erhalten der Näherungslösung dieser partiellen Differentialgleichung erfordert eine lange Zeit, weil keine Parallelverarbeitung ausgeführt werden kann.
Deshalb kann gemäß einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen das Ergebnis der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, durch die numerische Strömungsmechanik unter Verwendung der analytischen Daten, die mehrere Eingangssignale, die für die numerische Analyse verwendet werden, und mehrere Ausgangssignale, die den mehreren Eingangssignalen entsprechen, enthalten, erhalten werden. Das heißt, es wird ein analytisches Strömungsmodell zum Vorhersagen des Ausgangssignals erzeugt, wobei die Strömungsanalyse unter Verwendung des erzeugten analytischen Strömungsmodells ausgeführt wird. Deshalb ist es möglich, die Zeit zum Erhalten der Näherungslösung der partiellen Differentialgleichung zu verkürzen und dadurch die Zeit der Strömungsanalyse zu verkürzen. Deshalb ist es möglich, die Zeit zum Entwerfen der Komponente zu verkürzen.

Das analytische Strömungsmodell kann wenigstens eines der in Tabelle 1 aufgelisteten Modelle verwenden. Tabelle 1

parametrisches Model	Übertragungsfunktion	Gleichungsfehler	autoregressiv exogen (ARX)
			nichtlinear autoregressiv exogen (NARX)
			endliche Impulsantwort (FIR)
			autoregressiv mit gleitendem Mittelwert exogen (ARMAX): pseudolineares Regressionsmodell
			autoregressiv (AR)
			autoregressiv mit gleitendem Mittelwert (ARMA)
			autoregressiv autoregressiv exogen (ARARX): verallgemeinertes Modell kleinster Quadrate
			autoregressiv autoregressiv mit gleitendem Mittelwert exogen (ARARMAX): erweitertes Matrixmodell
		Ausgangsfehler	Ausgangsfehler (OE)
			Box und Jenkins (BJ)
	Zustandsraum	linear zeitinvariant (LTI), linear zeitveränderlich (LTV)
		lineares Modell, nichtlineares Modell
		kontinuierliche Zeit, diskrete Zeit, Verzögerungszeit
		Eingrößensystem (SISO), Mehrgrößensystem (MIMO)
		stochastisches Modell, deterministisches Modell
		robust, offener Regelkreis, geschlossener Regelkreis
nichtparametrisches Modell	nichtparametrisch (Datensatztyp)
	Impulsantwort
	Sprungantwort
	Frequenzübertragungsfunktion
	Baum
	neuronales Netz (NN): FF, FB, radiale Basisfunktion, faltend, gepulst, tiefes NN (tiefes bayessches Netz), rekurrentes NN

Zusätzlich kann das analytische Strömungsmodell unter Verwendung wenigstens eines der in Tabelle 2 aufgelisteten Optimierungsalgorithmen abgeleitet werden. Tabelle 2

parametrisches Modell	Vorhersagefehlerverfahren (PEM)
	Verfahren der maximalen Wahrscheinlichkeit (MLM)
	Verfahren der kleinsten Quadrate (LSM)
	- diskontinuierliches Verfahren der kleinsten Quadrate
	- Offline-Verfahren der kleinsten Quadrate
	erweitertes Verfahren der kleinsten Quadrate (ELSM)
	verallgemeinertes Verfahren der kleinsten Quadrate (GLSM)
	rekursives Verfahren der kleinsten Quadrate (RLS)
	Verfahren der Instrumentvariable (IVM)
	Hauptkomponentenanalyse (PCA)
	dynamische Hauptkomponentenanalyse (DPCA)
	teilweise kleinste Quadrate (PLS)
	unterraumbasiertes Zustandsraummodell
	Identifikations- (4SID-) Verfahren
	(+ Singulärwertzerlegung (SVD))
	(+ QR-Zerlegung)
	- N4SID-Verfahren
	- Mehrvariable-Ausgangsfehler-Zustandsraum- (MOESP-) Verfahren
	Analyse kanonischer Zufallsvariable (CVA)
	Singulärwertzerlegung
	Verfahren der minimalen Verwirklichung (MRM)
nichtparametrisches Modell	Einschwingverhaltensverfahren
	Korrelationsanalyse
	Frequenzgangverfahren
	Spektralanalyseverfahren
	Verfahren der empirischen Schätzung der Übertragungsfunktion (ETFE)
	Lernen des einlagigen/mehrlagigen Perzeptrons, Backpropagation, Gradientenverfahren schichtenweises Vortraining: Auto-Codierer, Bolzmann-Maschine

Als Nächstes wird eine Strömungsanalysevorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform beschrieben. 4 ist ein Blockschaltplan zum Erklären einer Konfiguration einer Strömungsanalysevorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsfonn. In 4 kann eine Strömungsanalysevorrichtung 10 eine Modellableitungsvorrichtung 100 und einen Strömungsanalysator 200 enthalten.
Die Modellableitungsvorrichtung 100 erzeugt ein analytisches Strömungsmodell zum Ausführen einer Strömungsanalyse für mehrere Zellen, die einen Raum um ein Ziel aufteilen. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt die Modellableitungsvorrichtung 100 ein analytisches Strömungsmodell unter Verwendung der analytischen Daten, die für die numerische Analyse durch die numerische Strömungsmechanik (CFD) verwendet werden. Hier enthalten die analytischen Daten mehrere Eingangssignale, die für die numerische Analyse verwendet werden, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, und mehrere Ausgangssignale, die den mehreren Eingangssignalen entsprechen. Das analytische Strömungsmodell leitet ein Ergebnis der numerischen Analyse, die die Iterationen ausgeführt hat, durch die numerische Strömungsmechanik durch das Simulieren der numerischen Analyse durch die numerische Strömungsmechanik ab.
Insbesondere kann das analytische Strömungsmodell aus mehreren Modellen bestehen. Das analytische Strömungsmodell kann ein oder mehrere Signalerzeugungsmodelle und ein oder mehrere analytische Modelle enthalten. Die Modellableitungsvorrichtung 100 enthält einen Speicher 110 für analytische Daten, eine Signalerzeugungsmodellableitungsvorrichtung 120 und eine Ableitungsvorrichtung 130 für analytische Modelle. Das Signalerzeugungsmodell und das analytische Modell können außerdem irgendeines der mehreren Modelle nach Tabelle 1 verwenden.
Der Speicher 110 für analytische Daten speichert die analytischen Daten. Die analytischen Daten können die analytischen Daten werden, die für die numerische Analyse durch die numerische Strömungsmechanik für die mehreren Zellen CE verwendet werden, die den Bereich um die Komponente CP aufteilen. Diese analytischen Daten enthalten mehrere Eingangssignale und mehrere Ausgangssignale, die den mehreren Eingangssignalen entsprechen. Das Eingangssignal kann z. B. die Viskosität einer laminaren Strömung des Fluids, die turbulente Leitung, der Zeitunterschied zwischen den numerischen Analysen, die Iterationen ausgeführt haben, usw. in jeder Zelle CE sein. Das Ausgangssignal kann die Eigenschaften des Fluids sein. Das Ausgangssignal kann z. B. die Dichte, der Impuls in der x- und der y-Richtung, die innere Energie usw. in jeder Zelle CE sein.
Die Signalerzeugungsmodellableitungsvorrichtung 120 erzeugt ein Signalerzeugungsmodell zum Ableiten des Eingangssignals, das zu dem Ausgangssignal der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, beiträgt, unter den mehreren Eingangssignalen unter Verwendung der in dem Speicher 110 für analytische Daten gespeicherten analytischen Daten. Falls es z. B. mehrere Eingangssignale gibt, kann das Eingangssignal zum Bestimmen des Ausgangssignals der numerischen Analyse nach dem Ausführen der mehreren Iterationen der numerischen Analyse ein Teil der mehreren Eingangssignale werden. Wie oben beschrieben worden ist, bedeutet das zu dem Ausgangssignal beitragende Eingangssignal ein Eingangssignal des Typs und der Iterationszeitsteuerung, die eine Änderung des Werts des Ausgangssignals beeinflussen, unter den Eingangssignalen mehrerer Typen und den Iterationszeitsteuerungen. Das heißt, das Signalerzeugungsmodell dient dem Vorhersagen des Eingangssignals, das zu dem Ausgangssignal beiträgt, nach dem Ausführen der mehreren Iterationen der numerischen Analyse.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist das Signalerzeugungsmodell wie in Gleichung 1. $\hat{V} (k + T) = H Q [\begin{matrix} V (k) \\ Y (k) \end{matrix}] + D$
In Gleichung 1 beziehen sich k und T auf die Anzahl der numerischen Analysen, bezieht sich V(k) auf das Eingangssignal der k-ten numerischen Analyse, bezieht sich Y(k) auf das Ausgangssignal der k-ten numerischen Analyse und bezieht sich V̂(k + T) auf das Eingangssignal der (k + T)-ten numerischen Analyse. Hier kann T gemäß dem Typ des vorherzusagenden Ausgangssignals (z. B. eine Dichte, ein Impuls in der x- und der y-Richtung, eine innere Energie usw.) einen anderen Wert oder den gleichen Wert aufweisen. H bezieht sich auf einen Grad des Einflusses auf jede Zelle. Es beeinflussen z. B. nur die Werte, die der entsprechenden Zelle entsprechen, die Vorhersage eines Werts irgendeiner Zelle, während die Werte der anderen Zelle ihn nicht beeinflussen. Das heißt, er ist ein Wert zum Auswählen einer durch das entsprechende Eingangssignal oder Ausgangssignal beeinflussten Zelle. Q bezieht sich auf ein Gewicht. Das heißt, das Gewicht Q bedeutet einen durch V(k) und Y(k) beeinflussten Grad in der Ausgabe V̂(k + T). D bezieht sich auf eine Aufhebungskonstante zum Aufheben eines Modellierungsfehlers. Das heißt, bezüglich der Gleichung 1 und der graphischen Darstellung nach 3 leitet das Signalerzeugungsmodell die für die k-te numerische Analyse verwendeten analytischen Daten, d. h., das Eingangssignal V̂(k + T), das zu dem Ausgangssignal gemäß der (k + T)-ten numerischen Analyse beiträgt, aus dem Eingangssignal V(k) und dem Ausgangssignal Y(k) ab.
Um das Signalerzeugungsmodell abzuleiten, bildet die Signalerzeugungsmodellableitungsvorrichtung 120 eine Beziehungsgleichung, wo z. B. der Grad des Einflusses H, das Gewicht Q und die Aufhebungskonstante D, die die Parameter der Gleichung 1 sind, nicht bestimmt sind. Die Signalerzeugungsmodellableitungsvorrichtung 120 leitet die Parameter, d. h., den Grad des Einflusses H, das Gewicht Q und die Aufhebungskonstante D, durch einen Optimierungsalgorithmus durch das Eingeben mehrerer analytischer Daten, z. B. V(k), Y(k) und Y(k + T), ab. Der Optimierungsalgorithmus kann z. B. ein Verfahren kleinster Quadrate, ein Backpropagation-Algorithmus usw. sein. Wenn die Parameter H, Q und D der Beziehungsgleichung bestimmt sind, ist das Signalerzeugungsmodell wie in Gleichung 1 fertiggestellt, wie oben beschrieben worden ist.
Die Signalerzeugungsmodellableitungsvorrichtung 120 kann z. B. ein künstliches neuronales Netz bilden, das eine Übertragungsfunktion aufweist, in der die Gewichtsverbindungen wie in der Gleichung 1 die Parameter H, Q und D sind. Die Parameter H, Q und D, die die Gewichtsverbindungen sind, können durch den Optimierungsalgorithmus (z. B. den Backpropagation-Algorithmus) unter Verwendung der analytischen Daten als die Lerndaten abgeleitet werden, wobei das künstliche neuronale Netz, wo die Parameter H, Q und D bestimmt worden sind, als ein Signalerzeugungsmodell abgeleitet werden kann.
Die Ableitungsvorrichtung 130 für analytische Modelle leitet das analytische Modell zum Berechnen des Ausgangssignals der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, unter Verwendung der analytischen Daten, die mehrere Eingangssignale, die für die numerische Analyse basierend auf der numerischen Strömungsmechanik (CFD) verwendet werden, und mehrere Ausgangssignale, die den mehreren Eingangssignalen entsprechen, enthalten, ab. Dieses analytische Modell simuliert die numerische Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, basierend auf der numerischen Strömungsmechanik (CFD).
Das analytische Modell ist z. B. wie in Gleichung 2. $\hat{Y} (k + T) = A P [\begin{matrix} V (k) \\ \hat{V} (k + T) \end{matrix}] + C$
In Gleichung 2 beziehen sich k und T auf die Anzahl der numerischen Analysen, bezieht sich Y(k) auf das Ausgangssignal der k-ten numerischen Analyse, bezieht sich V̂(k + T) auf das Eingangssignal der (k + T)-ten numerischen Analyse und bezieht sich Ŷ(k + T) auf das Ausgangssignal der (k + T)-ten numerischen Analyse. Hier kann T gemäß dem Typ des vorherzusagen Ausgangssignals (z. B. eine Dichte, ein Impuls in der x- und der y-Richtung, eine innere Energie usw.) einen anderen Wert oder den gleichen Wert aufweisen. A bezieht sich auf einen Grad des Einflusses auf jede Zelle. Es beeinflussen z. B. nur die Werte, die der entsprechenden Zelle entsprechen, die Vorhersage eines Werts irgendeiner Zelle, während die Werte der anderen Zelle ihn nicht beeinflussen. Das heißt, er ist ein Wert zum Auswählen einer durch das entsprechende Eingangssignal oder Ausgangssignal beeinflussten Zelle. P bezieht sich auf ein Gewicht. Das heißt, das Gewicht P bedeutet den durch Y(k) und V̂(k + T) beeinflussten Grad in der Ausgabe Ŷ(k + T). C bezieht sich auf eine Aufhebungskonstante zum Aufheben eines Modellierungsfehlers.
Bezüglich der Gleichung 1, der Gleichung 2 und der graphischen Darstellung nach 3 leitet das Signalerzeugungsmodell nach Gleichung 1 das Eingangssignal V̂(k + T), das zu dem Ausgangssignal gemäß der (k + T)-ten numerischen Analyse beiträgt, aus dem Eingangssignal V(k) und dem Ausgangssignal Y(k) der k-ten numerischen Analyse ab. Das analytische Modell nach Gleichung 2 kann das für die k-te numerische Analyse verwendete Ausgangssignal Y(k) und das Ausgangssignal Ŷ(k + T) gemäß der (k + T)-ten numerischen Analyse aus dem Eingangssignal V̂(k + T) der (k + T)-ten numerischen Analyse, das durch das Signalerzeugungsmodell nach Gleichung 1 abgeleitet wird, ableiten.
Um das analytische Modell abzuleiten, bildet die Ableitungsvorrichtung 130 für analytische Modelle eine Beziehungsgleichung, wo z. B. der Grad des Einflusses A, das Gewicht P und die Aufhebungskonstante C, die die Parameter der Gleichung 2 sind, nicht bestimmt sind. Die Ableitungsvorrichtung 130 für analytische Modelle leitet die Parameter, d. h., den Grad des Einflusses A, das Gewicht P und die Aufhebungskonstante C, durch einen Optimierungsalgorithmus durch das Eingeben mehrerer analytischer Daten, z. B. Y(k), V(k + T) und Y(k + T), in die Beziehungsgleichung ab, wo die Parameter nicht bestimmt sind. Der Optimierungsalgorithmus kann z. B. ein Verfahren kleinster Quadrate, ein Backpropagation-Algorithmus usw. sein. Wenn die Parameter A, P und C bestimmt sind, ist das analytische Modell wie in Gleichung 2 fertiggestellt, wie oben beschrieben worden ist.
Die Ableitungsvorrichtung 130 für analytische Modelle kann z. B. ein künstliches neuronales Netz bilden, das eine Übertragungsfunktion aufweist, in der die Gewichtsverbindungen wie in Gleichung 2 die Parameter A, P und C sind. Die Parameter A, P und C, die die Gewichtsverbindungen sind, können durch den Optimierungsalgorithmus (z. B. den Backpropagation-Algorithmus) unter Verwendung der analytischen Daten als die Lerndaten abgeleitet werden, wobei das künstliche neuronale Netz, wo die Parameter A, P und C, die die Gewichtsverbindungen sind, bestimmt worden sind, durch das analytische Modell abgeleitet werden kann.
Der Strömungsanalysator 200 führt die Strömungsanalyse für die mehreren Zellen CE, die den Raum um die Entwurfszielkomponente CP aufteilen, unter Verwendung des analytischen Strömungsmodells, das das Signalerzeugungsmodell und das analytische Modell, die von der Modellableitungsvorrichtung 100 abgeleitet werden, enthält, aus. Der Strömungsanalysator 200 kann einen numerischen Analysator 210, einen Signalgenerator 220 und einen Analysator 230 enthalten.
Der numerische Analysator 210 führt die numerische Analyse durch die numerische Strömungsmechanik (CFD) aus. Deshalb werden ein Eingangssignal für die numerische Analyse und ein Ausgangssignal, das dem Eingangssignal entspricht, abgeleitet. Das Eingangssignal gemäß der numerischen Analyse kann z. B. V(k) sein, während das Ausgangssignal Y(k) sein kann.
Der Signalgenerator 220 sagt das Eingangssignal, das zu dem Ausgangssignal der numerischen Analyse beiträgt, die mehrere (k + T) Iterationen ausgeführt hat, durch das Reflektieren des Eingangssignals und des von dem numerischen Analysator 210 abgeleiteten Ausgangssignals zu dem durch die Signalerzeugungsmodellableitungsvorrichtung 120 erzeugten Signalerzeugungsmodell vorher. Der Signalgenerator 220 kann z. B. das Eingangssignal V(k + T), das zu dem Ausgangssignal der numerischen Analyse beiträgt, die mehrere (k + T) Iterationen ausgeführt hat, durch das Eingeben des Eingangssignals V(k) und des Ausgangssignals Y(k) in das Signalerzeugungsmodell wie in der Gleichung 1 ableiten.
Der Analysator 230 sagt das Ausgangssignal der numerischen Analyse, die mehrere (k + T) Iterationen ausgeführt hat, durch das Reflektieren des durch den Signalgenerator 220 vorhergesagten Eingangssignals und des von dem numerischen Analysator 210 abgeleiteten Ausgangssignals zu dem von der Ableitungsvorrichtung 130 für analytische Modelle abgeleiteten analytischen Modell vorher. Der Analysator 230 kann z. B. das Ausgangssignal Ŷ(k + T) der numerischen Analyse, die mehrere (k + T) Iterationen ausgeführt hat, durch das Eingeben des vorhergesagten Eingangssignals V̂(k + T) und des Ausgangssignals Y(k) in das analytische Modell wie in der Gleichung 2 ableiten.
Wenn in 3 die Strömungsanalyse durch die numerische Analyse durch die numerische Strömungsmechanik (CFD) ausgeführt wird, kann das gewünschte Ergebnis der Strömungsanalyse, d. h., das Ausgangssignal Ŷ(k + T), nur erhalten werden, nachdem die numerische Analyse mehrere (k + T) Iterationen ausgeführt hat. Weil jedoch das gewünschte Ergebnis der Strömungsanalyse Ŷ(k + T) durch den numerischen Analysator 210 aus der k-ten numerischen Analyse durch das analytische Strömungsmodell erhalten werden kann, ist es nicht notwendig, dass die numerische Analyse die Anzahl T Iterationen ausführt, wobei dadurch der für die Strömungsanalyse erforderliche Zeitraum um den Zeitraum zum Ausführen der Anzahl T Iterationen der numerischen Analyse verkürzt wird. Deshalb ist es möglich, den für das Entwickeln der Komponente erforderlichen Zeitraum zu verkürzen.
Als Nächstes wird ein Strömungsanalyseverfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform beschrieben. 5 ist ein Ablaufplan zum Erklären eines Strömungsanalyseverfahrens gemäß einer Ausführungsform.
In 5 erzeugt die Modellableitungsvorrichtung 100 das analytische Strömungsmodell zum Ausführen der Strömungsanalyse für die mehreren Zellen CE, die den Raum um die Strömungsanalysezielkomponente CP aufteilen, unter Verwendung der analytischen Daten (Operation S110). Hier enthalten die analytischen Daten mehrere Eingangssignale, die für die numerische Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, durch die numerische Strömungsmechanik (CFD) verwendet werden, und mehrere Ausgangssignale, die den mehreren Eingangssignalen entsprechen. Insbesondere simuliert das analytische Strömungsmodell die numerische Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, durch die numerische Strömungsdynamik (CFD). Zusätzlich kann das analytische Strömungsmodell außerdem ein oder mehrere Signalerzeugungsmodelle und ein oder mehrere analytische Modelle enthalten.
Der Strömungsanalysator 200 führt die Strömungsanalyse für die mehreren Zellen CE des Raums um die Strömungsanalysezielkomponente CP durch das analytische Strömungsmodell, das ein oder mehrere Signalerzeugungsmodelle und ein oder mehrere analytische Modelle, die von der Modellableitungsvorrichtung 100 abgeleitet werden, enthält, aus (Operation S120).
Die oben beschriebenen Operationen S110 und S120 werden ausführlicher beschrieben.
6 ist ein Ablaufplan zum Erklären eines Verfahrens zum Erzeugen eines analytischen Strömungsmodells (in der Operation S110) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
In 6 bildet die Signalerzeugungsmodellableitungsvorrichtung 120 eine Beziehungsgleichung, wo die Parameter, d. h., ein Grad des Einflusses H, ein Gewicht Q und eine Aufhebungskonstante D, nicht bestimmt sind, (Operation S210). Die Beziehungsgleichung, wo die Parameter nicht bestimmt sind, ist z. B. wie in der Gleichung 1, wo die Parameter H, Q und D unbekannt sind.
Die Signalerzeugungsmodellableitungsvorrichtung 120 setzt die analytischen Daten in die Beziehungsgleichung und leitet die Parameter H, Q und D der Beziehungsgleichung unter Verwendung eines Optimierungsalgorithmus ab (Operation S220). Hier kann der Optimierungsalgorithmus z. B. ein Verfahren kleinster Quadrate, ein Backpropagation-Algorithmus usw. sein. Die analytischen Daten können z. B. V(k), Y(k) und V(k + T) sein, die für die vorhandene numerische Analyse verwendet werden.
Die Signalerzeugungsmodellableitungsvorrichtung 120 erzeugt das Signalerzeugungsmodell durch das Anwenden der Parameter H, Q und D auf die Beziehungsgleichung (Operation S230). Das Signalerzeugungsmodell wie in Gleichung 1 wird durch das Anwenden der Werte der Parameter H, Q und D auf die Beziehungsgleichung fertiggestellt. Dieses Signalerzeugungsmodell sagt das Eingangssignal vorher, das zu dem Ausgangssignal der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, beiträgt.
Die Ableitungsvorrichtung 130 für analytische Modelle bildet die Beziehungsgleichung des analytischen Modells, wo ein Grad des Einflusses A, ein Gewicht P und eine Aufhebungskonstante C, die die Parameter sind, nicht bestimmt sind (Operation S240). Die Beziehungsgleichung, wo die Parameter nicht bestimmt sind, ist wie in der Gleichung 2, wo die Parameter A, P und C unbekannt sind.
Die Ableitungsvorrichtung 130 für analytische Modelle setzt die analytischen Daten in die Beziehungsgleichung und leitet die Parameter A, P und C der Beziehungsgleichung durch den Optimierungsalgorithmus ab. Die analytischen Daten können z. B. Y(k), V(k + T) und Y(k + T) sein, die für die vorhandene numerische Analyse verwendet werden, (Operation S250).
Die Ableitungsvorrichtung 130 für analytische Modelle erzeugt das analytische Modell durch das Anwenden der Parameter A, P und C auf die Beziehungsgleichung (Operation S260). Das analytische Modell wie in der Gleichung 2 wird z. B. durch das Anwenden der Werte der Parameter A, P und C auf die Beziehungsgleichung fertiggestellt. Dieses analytische Modell sagt das Ausgangssignal der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, vorher.
Wie oben beschrieben worden ist, wird das Signalerzeugungsmodell in der Operation S230 erzeugt, während das analytische Modell in der Operation S260 erzeugt wird, wobei dadurch das analytische Strömungsmodell, das das Signalerzeugungsmodell und das analytische Modell enthält, fertiggestellt wird.
Es wird ein Verfahren zum Ausführen der Strömungsanalyse unter Verwendung des oben beschriebenen analytischen Strömungsmodells beschrieben. 7 ist ein Ablaufplan zum Erklären eines Verfahrens zum Ausführen der Strömungsanalyse (in der Operation S120) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
In den 2, 3 und 7 leitet der numerische Analysator 210 ein Eingangssignal und ein Ausgangssignal durch die numerische Analyse durch das Ausführen der numerischen Analyse durch die numerische Strömungsmechanik (CFD) ab (Operation S310). Gemäß den Gleichungen 1 und 2 kann z. B. das Eingangssignal V(k) sein, während das Ausgangssignal Y(k) sein kann.
Der Signalgenerator 220 sagt das Eingangssignal, das zu dem Ausgangssignal der numerischen Analyse, die mehrere (k + T) Iterationen ausgeführt hat, beiträgt, durch das Reflektieren des Eingangssignals und des von dem numerischen Analysator 210 abgeleiteten Ausgangssignals zu dem Signalerzeugungsmodell vorher (Operation S320). Der Signalgenerator 220 kann z. B. das Eingangssignal V̂(k + T), das zu dem Ausgangssignal der numerischen Analyse, die mehrere (k + T) Iterationen ausgeführt hat, beiträgt, durch das Eingeben des Eingangssignals V(k) und des Ausgangssignals Y(k) in das Signalerzeugungsmodell wie in der Gleichung 1 ableiten.
Der Analysator 230 sagt das Ausgangssignal der numerischen Analyse, die mehrere (k + T) Iterationen ausgeführt hat, durch das Reflektieren des durch den Signalgenerator 220 vorhergesagten Eingangssignals und des von dem numerischen Analysator 210 abgeleiteten Ausgangssignals zu dem von der Ableitungsvorrichtung 130 für analytische Modelle abgeleiteten analytischen Modell vorher (Operation S330). Der Analysator 230 kann z. B. das Ausgangssignal Ŷ(k + T) der numerischen Analyse, die mehrere (k + T) Iterationen ausgeführt hat, durch das Eingeben des vorhergesagten Eingangssignals V̂(k + T) und des Ausgangssignals Y(k) in das analytische Modell wie in der Gleichung 2 ableiten.
8 ist eine graphische Darstellung, die eine Computervorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht. Eine Computervorrichtung TN100 kann die in der vorliegenden Beschreibung beschriebene Vorrichtung (z. B. die Strömungsanalysevorrichtung usw.) sein.
In 8 kann die Computervorrichtung TN100 wenigstens einen Prozessor TN 110, einen Sender/Empfänger TN 120 und einen Speicher TN 130 enthalten. Zusätzlich kann die Computervorrichtung TN100 ferner eine Speichervorrichtung TN140, eine Eingangsschnittstelle TN150, eine Ausgangsschnittstelle TN160 usw. enthalten. Die in der Computervorrichtung TN100 enthaltenen Komponenten können durch einen Bus TN170 verbunden sein und miteinander kommunizieren.
Der Prozessor TN110 kann einen Programmbefehl ausführen, der in wenigstens einem des Speichers TN130 und der Speichervorrichtung TN140 gespeichert ist. Der Prozessor TN110 kann eine Zentraleinheit (CPU), eine Graphikverarbeitungseinheit (GPU) oder einen dedizierten Prozessor, in dem die Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ausgeführt werden, enthalten. Der Prozessor TN110 kann konfiguriert sein, um die Prozeduren, Funktionen, Verfahren usw., die im Zusammenhang mit einer beispielhaften Ausführungsform beschrieben sind, zu implementieren. Der Prozessor TN110 kann jede Komponente der Computervorrichtung TN100 steuern.
Sowohl der Speicher TN130 als auch die Speichervorrichtung TN140 können verschiedene Informationen speichern, die auf eine Operation des Prozessors TN110 bezogen sind. Sowohl der Speicher TN130 als auch die Speichervorrichtung TN140 können aus wenigstens einem flüchtigen Speichermedium und einem nichtflüchtigen Speichermedium bestehen. Der Speicher TN130 kann z. B. aus wenigstens einem von einem Festwertspeicher (ROM) und einem Schreib-Lese-Speicher (RAM) bestehen.
Der Sender/Empfänger TN120 kann ein verdrahtetes Signal oder ein drahtloses Signal senden und/oder empfangen. Der Sender/Empfänger TN 120 kann mit einem Netz verbunden sein, um eine Kommunikation auszuführen.
Unterdessen kann das Strömungsanalyseverfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform in der Form eines durch verschiedene Computermittel lesbaren Programms implementiert und in einem computerlesbaren Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet sein. Hier kann das Aufzeichnungsmedium Programmbefehle, Datendateien, Datenstrukturen usw. allein oder in einer Kombination daraus enthalten. Die Programmbefehle, die in dem Aufzeichnungsmedium aufzuzeichnen sind, können jene sein, die für die vorliegende Offenbarung speziell entworfen und konstruiert worden sind, oder können außerdem jene sein, die den Fachleuten auf dem Gebiet der Computer-Software bekannt und für die Fachleute auf dem Gebiet der Computer-Software verfügbar sind. Das Aufzeichnungsmedium kann z. B. aus Magnetmedien, wie z. B. Festplatten, Disketten und Magnetbändern, optischen Medien, wie z. B. CD-ROMs und DVDs, magnetooptischen Medien, wie z. B. optisch gesteuerten Disketten, und Hardware-Vorrichtungen, die spezifisch konfiguriert sind, um Programmbefehle zu speichern und auszuführen, wie z. B. ROMs, RAMs und Flash-Speichern, bestehen. Beispiele der Programmbefehle können nicht nur Drähte in einer Maschinensprache, wie z. B. jene, die durch einen Kompilierer erzeugt werden, sondern außerdem Drähte in einer höheren Programmiersprache, die durch einen Computer unter Verwendung eines Interpreters ausgeführt werden können, usw. enthalten. Diese Hardware-Vorrichtung kann konfiguriert sein, um als ein oder mehrere Software-Module zu arbeiten, um den Betrieb der vorliegenden Offenbarung auszuführen, und umgekehrt.
Während bezüglich der beigefügten Zeichnungen eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden sind, ist es für die Fachleute auf dem Gebiet selbstverständlich, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen in der Form und den Einzelheiten darin vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken und Schutzumfang abzuweichen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind. Deshalb sollte die Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen nur in einem beschreibenden Sinn und nicht, um den Schutzumfang der Ansprüche einzuschränken, ausgelegt werden, wobei viele Alternativen, Modifikationen und Variationen für die Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sind.

Claims

Strömungsanalysevorrichtung, die umfasst: eine Modellableitungsvorrichtung (100), die konfiguriert ist, um ein analytisches Strömungsmodell zum Ausführen einer Strömungsanalyse für mehrere Zellen durch das Simulieren einer numerischen Analyse durch die numerische Strömungsmechanik (CFD) bezüglich der mehreren Zellen, die einen Raum um eine Komponente aufteilen, zu erzeugen; und einen Strömungsanalysator (200), der konfiguriert ist, um die Strömungsanalyse für die mehreren Zellen, die den Raum um eine Entwurfszielkomponente aufteilen, unter Verwendung des erzeugten analytischen Strömungsmodells auszuführen.
Strömungsanalysevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Modellableitungsvorrichtung (100) umfasst: einen Speicher (110) für Analysedaten, der konfiguriert ist, um analytische Daten zu speichern, die für die numerische Analyse verwendet werden; eine Signalerzeugungsmodellableitungsvorrichtung (120), die konfiguriert ist, um das Signalerzeugungsmodell zum Vorhersagen eines Eingangssignals, das zu einem Ausgangssignal der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, beiträgt, durch die analytischen Daten zu erzeugen; und eine Ableitungsvorrichtung (130) für analytische Modelle, die konfiguriert ist, um ein analytisches Modell zum Vorhersagen des Ausgangssignals der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, durch die analytischen Daten zu erzeugen.
Strömungsanalysevorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Signalerzeugungsmodell das Eingangssignal, das zu dem Ausgangssignal der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, beiträgt, durch eine Gleichung $\hat{V} (k + T) = H Q [\begin{matrix} V (k) \\ Y (k) \end{matrix}] + D$
vorhersagt, wobei sich k und T auf die Anzahl der numerischen Analysen beziehen, wobei sich H auf einen Grad des Einflusses bezieht, wobei sich Q auf ein Gewicht bezieht, wobei sich D auf eine Aufhebungskonstante bezieht, wobei sich V(k) auf ein Eingangssignal der k-ten numerischen Analyse bezieht, wobei sich Y(k) auf ein Ausgangssignal der k-ten numerischen Analyse bezieht und wobei sich V̂(k + T) auf ein Eingangssignal der (k + T)-ten numerischen Analyse bezieht.
Strömungsanalysevorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Signalerzeugungsmodellableitungsvorrichtung (120) ein Signalerzeugungsmodell durch das Ableiten eines Parameters durch einen Optimierungsalgorithmus nach dem Bilden einer Beziehungsgleichung des Signalerzeugungsmodells, wo der Parameter nicht bestimmt ist, erzeugt.
Strömungsanalysevorrichtung nach Anspruch 2, wobei das analytische Modell das Ausgangssignal der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, durch eine Gleichung $\hat{Y} (k + T) = A P [\begin{matrix} V (k) \\ \hat{V} (k + T) \end{matrix}] + C$
vorhersagt, wobei sich k und T auf die Anzahl der numerischen Analysen beziehen, wobei sich A auf einen Grad des Einflusses bezieht, wobei sich P auf ein Gewicht bezieht, wobei sich C auf eine Aufhebungskonstante bezieht, wobei sich Y(k) auf ein Ausgangssignal der k-ten numerischen Analyse bezieht, wobei sich V̂(k + T) auf ein Eingangssignal der (k + T)-ten numerischen Analyse bezieht und wobei sich Ŷ(k + T) auf ein Ausgangssignal der (k + T)-ten numerischen Analyse bezieht.
Strömungsanalysevorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Ableitungsvorrichtung (130) für analytische Modelle ein analytisches Modell durch das Ableiten eines Parameters durch einen Optimierungsalgorithmus nach dem Bilden einer Beziehungsgleichung des analytischen Modells, wo der Parameter nicht bestimmt ist, erzeugt.
Strömungsanalysevorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Strömungsanalysator (200) umfasst: einen numerischen Analysator (210), der konfiguriert ist, um die analytischen Daten durch das Ausführen der numerischen Analyse für die Zielentwurfskomponente abzuleiten; einen Signalgenerator (220), der konfiguriert ist, um das Eingangssignal, das zu dem Ausgangssignal der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, beiträgt, durch das von der Signalerzeugungsmodellableitungsvorrichtung abgeleitete Signalerzeugungsmodell und die von dem numerischen Analysator abgeleiteten analytischen Daten zu erzeugen; und einen Analysator (230), der konfiguriert ist, um das Ausgangssignal der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, durch das von der Ableitungsvorrichtung für analytische Modelle abgeleitete analytische Modell und das durch den Signalgenerator vorhergesagte Eingangssignal abzuleiten.
Strömungsanalysevorrichtung nach Anspruch 7, wobei der numerische Analysator (210) die analytischen Daten durch das Ausführen der numerischen Analyse durch die numerische Strömungsmechanik bezüglich der mehreren Zellen ableitet, die den Raum um eine Zielentwurfskomponente aufteilen.
Strömungsanalysevorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei der Signalgenerator (220) das Eingangssignal, das zu dem Ausgangssignal der numerischen Analyse, die eine vorgegebene Anzahl von Iterationen ausgeführt hat, beiträgt, durch das Eingeben der analytischen Daten in das Signalerzeugungsmodell ableitet.
Strömungsanalysevorrichtung nach Anspruch 7, Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei der Analysator (230) das Ausgangssignal, wobei die numerische Analyse die vorgegebene Anzahl von Iterationen ausgeführt hat, durch das Eingeben des Ausgangssignals der analytischen Daten und des beitragenden Eingangssignals in das analytische Modell ableitet.
Strömungsanalyseverfahren, das umfasst: Speichern durch eine Modellableitungsvorrichtung (100) analytischer Daten, die mehrere Eingangssignale, die für eine numerische Analyse durch die numerische Strömungsmechanik (CFD) bezüglich mehrerer Zellen, die einen Raum um eine Komponente aufteilen, und mehrere Ausgangssignale, die jedem der mehreren Eingangssignale entsprechen, umfassen; Erzeugen durch die Modellableitungsvorrichtung (100) eines analytischen Strömungsmodells zum Ausführen einer Strömungsanalyse für die mehreren Zellen unter Verwendung der analytischen Daten; und Ausführen durch einen Strömungsanalysator (200) der Strömungsanalyse für die mehreren Zellen, die den Raum um eine Entwurfszielkomponente aufteilen, unter Verwendung des analytischen Strömungsmodells.
Strömungsanalyseverfahren nach Anspruch 11, wobei das Erzeugen des analytischen Strömungsmodells umfasst: Erzeugen durch eine Signalerzeugungsmodellableitungsvorrichtung (120) eines Signalerzeugungsmodells zum Vorhersagen eines Eingangssignals, das zu einem Ausgangssignal der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, beiträgt, unter den mehreren Eingangsdaten durch die analytischen Daten; und Erzeugen durch eine Ableitungsvorrichtung (130) für analytische Modelle eines analytischen Modells zum Vorhersagen des Ausgangssignals der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, unter den mehreren Eingangssignalen durch die analytischen Daten.
Strömungsanalyseverfahren nach Anspruch 12, wobei das Signalerzeugungsmodell das Eingangssignal, das zu dem Ausgangssignal der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, beiträgt, durch eine Gleichung $\hat{V} (k + T) = H Q [\begin{matrix} V (k) \\ Y (k) \end{matrix}] + D$
vorhersagt, wobei sich k und T auf die Anzahl der numerischen Analysen beziehen, wobei sich H auf einen Grad des Einflusses bezieht, wobei sich Q auf ein Gewicht bezieht, wobei sich D auf eine Aufhebungskonstante bezieht, wobei sich V(k) auf ein Eingangssignal der k-ten numerischen Analyse bezieht, wobei sich Y(k) auf ein Ausgangssignal der k-ten numerischen Analyse bezieht und wobei sich V̂(k + T) auf ein Eingangssignal der (k + T)-ten numerischen Analyse bezieht.
Strömungsanalyseverfahren nach Anspruch 12, wobei das analytische Modell das Ausgangssignal der numerischen Analyse, die mehrere Iterationen ausgeführt hat, durch eine Gleichung $\hat{Y} (k + T) = A P [\begin{matrix} V (k) \\ \hat{V} (k + T) \end{matrix}] + C$
vorhersagt, wobei sich k und T auf die Anzahl der numerischen Analysen beziehen, wobei sich A auf einen Grad des Einflusses bezieht, wobei sich P auf ein Gewicht bezieht, wobei sich C auf eine Aufhebungskonstante bezieht, wobei sich Y(k) auf ein Ausgangssignal der k-ten numerischen Analyse bezieht, wobei sich V̂(k + T) auf ein Eingangssignal der (k + T)-ten numerischen Analyse bezieht und wobei sich Ŷ(k + T) auf ein Ausgangssignal der (k + T)-ten numerischen Analyse bezieht.
Strömungsanalyseverfahren nach Anspruch 12, wobei das Erzeugen des Signalerzeugungsmodells umfasst: Bilden durch die Signalerzeugungsmodellableitungsvorrichtung (120) einer Beziehungsgleichung des Signalerzeugungsmodells, wo ein Parameter nicht bestimmt ist; und Fertigstellen durch die Signalerzeugungsmodellableitungsvorrichtung (120) des Signalerzeugungsmodells durch das Ableiten des Parameters durch einen Optimierungsalgorithmus.