一种流体界面追踪方法、装置、系统及存储介质与流程

1.本发明涉及计算流体力学技术领域，特别是涉及一种流体界面追踪方法、装置、系统及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.在发动机喷雾数值模拟中，如何追踪流体界面运动变形是一个关键问题，直接影响着发动机喷雾数值模拟的精度和准度。现在常用的流体界面追踪方法有：水平集（level set）方法、流体体积（vof）法、相场方法、波前追踪法、任意拉格朗日欧拉法等。
3.发动机中液体燃料雾化有多种形式，如旋流雾化、横向射流、互击式、交叉射流等，对这些复杂的流动现象进行数值模拟都涉及液体界面大变形追踪的问题，level set方法采用光滑的符号距离函数捕捉界面，具有界面法向计算精度高，复杂界面处理能力强的特点，它已成为主要的数值界面模拟方法之一。模拟液柱-液条-液丝-液滴的整个破碎演变过程，研究雾化的kelvin-helmholtz (kh)不稳定性和rayleigh-taylor (rt)不稳定性机理，分析雾化锥角、破碎长度等宏观雾化参数以及粒径分布等微观雾化参数，都需要更高精度的level set方法提供数值模型作为技术支撑。
4.level set方法由于不需要显式地追踪运动界面，可以较容易地处理复杂的物质界面及其拓扑结构发生变化，但是由于所采用的数值方法在对控制方程进行求解时存在内在耗散效应，追踪到的流体交界面的位置不精确，造成level set方法质量守恒性较差。
5.鉴于此，如何提供一种精确度高的、质量守恒性高的流体界面追踪方法、装置、系统及计算机可读存储介质成为本领域技术人员需要解决的问题。


技术实现要素：

6.本发明实施例的目的是提供一种流体界面追踪方法、装置、系统及计算机可读存储介质，在使用过程中提高追踪到的流体界面精确度，质量守恒性更高。
7.为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种流体界面追踪方法，包括：针对计算域中的每个网格，获取当前时刻的物理量值；采用变分重构的方式确定出符号距离函数的高阶多项式；基于与每个所述网格对应的所述当前时刻的物理量值和所述符号距离函数的高阶多项式对出水平集输运方程进行求解，得到下一时刻的符号距离函数；基于所述下一时刻的符号距离函数，得到所述计算域在下一时刻的流体界面。
8.可选的，所述采用变分重构的方式确定出符号距离函数的高阶多项式，包括：采用界面跳跃积分函数构建变分重构泛函；在所述变分重构泛函取最小值的情况下，确定出符号距离函数的高阶多项式。
9.可选的，所述界面跳跃积分函数为：
，其中，表示第i个网格交界面上的跳跃积分，d表示第i个网格交界面的左侧网格l与右侧网格r的中心距离，q表示从0到k阶导数，表示第i个网格交界面的法向坐标，da表示第i个网格交界面上的微元积分面，表示第i个网格交界面左侧符号距离函数，表示第i个网格交界面右侧符号距离函数；所述变分重构泛函为：，其中，n表示计算域中网格单元交界面的总数量。
10.可选的，还包括：针对每个拉格朗日粒子，获取当前时刻所述拉格朗日粒子的位置和半径大小；基于当前时刻所述拉格朗日粒子的位置，求解粒子输运方程得到下一时刻拉格朗日粒子的位置；基于各个所述拉格朗日粒子对应的下一时刻拉格朗日粒子的位置对所述下一时刻的符号距离函数进行修正，得到下一时刻修正后的符号距离函数；则，所述基于所述下一时刻的符号距离函数，得到所述计算域在下一时刻的流体界面，包括：基于下一时刻修正后的符号距离函数，得到所述计算域在下一时刻的流体界面。
11.可选的，所述基于各个所述拉格朗日粒子对应的下一时刻拉格朗日粒子的位置对所述下一时刻的符号距离函数进行修正，得到下一时刻修正后的符号距离函数，包括：针对每个拉格朗日粒子，将所述拉格朗日粒子作为球心确定出局部符号距离函数；根据所述拉格朗日粒子对应的下一时刻拉格朗日粒子的位置和所述下一时刻的符号距离函数计算出对应的距离值；针对每个网格，根据所述下一时刻拉格朗日粒子的位置、所述网格的位置和所述局部符号距离函数计算出对应的局部距离值；根据各个距离值确定出各个正拉格朗日粒子和各个负拉格朗日粒子；从各个所述正拉格朗日粒子对应的距离值和局部距离值中确定出较大的一个作为第一目标距离值；从各个所述负拉格朗日粒子对应的距离值和局部距离值中确定出较小的一个作为第二目标距离值；根据所述第一目标距离值和所述第二目标距离值对所述网格下一时刻的距离值进行修正；根据各个所述网格在下一时刻修正后的距离值，得到下一时刻修正后的符号距离函数。
12.可选的，所述根据所述第一目标距离值和所述第二目标距离值对所述网格下一时
刻的距离值进行修正，包括：基于修正关系式结合所述第一目标距离值和所述第二目标距离值对所述网格下一时刻的距离值进行修正，其中，表示第一目标距离值，表示第二目标距离值，表示下一时刻修正后的距离值。
13.可选的，在所述基于各个所述拉格朗日粒子对应的下一时刻拉格朗日粒子的位置对所述下一时刻的符号距离函数进行修正，得到下一时刻修正后的符号距离函数之后，还包括：基于所述下一时刻的符号距离函数结合初始化方程对符号距离函数进行初始化，得到初始化后的符号距离函数；其中，初始化方程为：，表示符号距离函数，表示伪时间，sign表示符号函数；
▽
表示梯度算子；则，所述基于下一时刻修正后的符号距离函数，得到所述计算域在下一时刻的流体界面，包括：基于初始化后的符号距离函数，得到所述计算域在下一时刻的流体界面。
14.可选的，还包括：基于初始化后的符号距离函数求解物理量的控制方程，得到下一时刻的物理量值。
15.本发明实施例还提供了一种流体界面追踪装置，包括：获取模块，用于针对计算域中的每个网格，获取当前时刻的物理量值；确定模块，用于采用变分重构的方式确定出符号距离函数的高阶多项式；计算模块，用于基于与每个所述网格对应的所述当前时刻的物理量值和所述符号距离函数的高阶多项式对出水平集输运方程进行求解，得到下一时刻的符号距离函数；追踪模块，用于基于所述下一时刻的符号距离函数，得到所述计算域在下一时刻的流体界面。
16.本发明实施例还提供了一种流体界面追踪设备，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述所述流体界面追踪方法的步骤。
17.本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述流体界面追踪方法的步骤。
18.本发明实施例提供了一种流体界面追踪方法、装置、系统及计算机可读存储介质，该方法包括：针对计算域中的每个网格，获取当前时刻的物理量值； 采用变分重构的方式
确定出符号距离函数的高阶多项式；基于与每个网格对应的当前时刻的物理量值和符号距离函数的高阶多项式对出水平集输运方程进行求解，得到下一时刻的符号距离函数；基于下一时刻的符号距离函数，得到计算域在下一时刻的流体界面。
19.可见，本发明实施例通过针对计算域中的每个网格，获取当前时刻的物理量值，然后采用变分重构的方式确定出符号距离函数的高阶多项式，并根据与每个网格对应的当前时刻的物理量值和所确定出的符号距离函数的高阶多项式求解水平集输运方程，得到下一时刻的符号距离函数，进一步得到计算域上下一时刻的流体界面，从而实现对流体界面的追踪，本发明中通过变分重构的方式确定出符号距离函数的高阶多项式，并基于此求解出下一时刻的符号距离函数，可以在一定程度上减少内在耗散效应，使追踪到的流体界面更加精确，质量守恒性更高。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明实施例提供的一种流体界面追踪方法的流程示意图；图2为本发明实施例提供的一种流体界面追踪装置的结构示意图；图3为本发明实施例提供的一种流体界面追踪系统的结构示意图。
具体实施方式
22.本发明实施例提供了一种流体界面追踪方法、装置、系统及计算机可读存储介质，在使用过程中提高追踪到的流体界面精确度，质量守恒性更高。
23.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
24.请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种流体界面追踪方法的流程示意图。该方法包括：s110：针对计算域中的每个网格，获取当前时刻的物理量值；需要说明的是，在实际应用中将计算域划分为多个网格，针对每个网格可以获取该网格在当前时刻的物理量值，其中当前时刻可以为t=n时刻。
25.s120：采用变分重构的方式确定出符号距离函数的高阶多项式；具体的，本发明实施例中针对该计算域采用变分重构的方式确定出符号距离函数的高阶多项式，其中，水平集level set方法中ls函数采用符号距离函数定义如下：
，其中，s表示点到界面的距离，和表示不同流体区域，距离（ls）函数的输运方程为：，其中，v表示速度矢量，表示时间。
26.需要说明的是，采用变分重构的方式确定出符号距离函数的高阶多项式是高精度格式的，变分重构方法的原理是定义一个泛函，需要确定的重构关系恰好使泛函取极小值。
27.进一步的，上述s120中采用变分重构的方式确定出符号距离函数的高阶多项式的过程，具体可以包括：采用界面跳跃积分函数构建变分重构泛函；在变分重构泛函取最小值的情况下，确定出符号距离函数的高阶多项式。
28.具体的，本发明实施例中可以获取计算域上所有网格交界面上的界面跳跃积分，并基于所有网格交界面的界面跳跃积分构建变分重构泛函，并在变分重构泛函取最小值的情况下，确定出符号距离函数的高阶多项式。其中，变分重构泛函为：，其中，表示第i个网格交界面上的跳跃积分，n表示计算域中网格单元交界面的总数量。
29.更进一步的，本发明实施例中的界面跳跃积分函数为：，其中，表示第i个网格交界面上的跳跃积分，d表示第i个网格交界面的左侧网格l与右侧网格r的中心距离，q表示从0到k阶导数，表示第i个网格交界面的法向坐标，da表示第i个网格交界面上的微元积分面，表示第i个网格交界面左侧符号距离函数，表示第i个网格交界面右侧符号距离函数。
30.基于上述内容可以确定出高精度格式的符号距离函数的高阶多项式。s130：基于与每个网格对应的当前时刻的物理量值和符号距离函数的高阶多项式对出水平集输运方程进行求解，得到下一时刻的符号距离函数；具体的，在确定出每个网格在当前时刻的物理量值以及符号距离函数的高阶多项式后，可以进一步根据与每个网格对应的当前时刻的物理量值和符号距离函数的高阶多项式对出水平集输运方程进行求解，其中，水平集输运方程为，具体可以采用高斯积分求解水平集输运方程，得到下一时刻（如t=n+1时刻）的符号距离函数
。
31.s140：基于下一时刻的符号距离函数，得到计算域在下一时刻的流体界面。
32.具体的，在得到下一时刻的符号距离函数后，进一步基于该符号距离函数确定出计算在下一时刻的流体界面，从而实现对流体界面的追踪。
33.进一步的，本发明实施例为了克服直接使用符号距离函数进行界面追踪时对小曲率半径界面的抹平作用，进一步提高对流体界面追踪的精确度，可以通过拉格朗日粒子用于修正得到的符号距离函数，以得到平滑、精确的流动界面。具体的，该方法还可以包括：针对每个拉格朗日粒子，获取当前时刻拉格朗日粒子的位置和半径大小；基于当前时刻拉格朗日粒子的位置，求解粒子输运方程得到下一时刻拉格朗日粒子的位置；基于各个拉格朗日粒子对应的下一时刻拉格朗日粒子的位置对下一时刻的符号距离函数进行修正，得到下一时刻修正后的符号距离函数；需要说明的是，可以在获取每个网格当前时刻的物理量值时，获取每个拉格朗日粒子在当前时刻的拉格朗日粒子的位置和半径大小，然后在根据该拉格朗日粒子在当前时刻拉格朗日粒子的位置，采用三阶tvd-runge-kutta方法求解粒子输运方程得到下一时刻拉格朗日粒子的位置，然后再基于每个拉格朗日粒子的下一时刻的位置对上述得到的下一时刻的符号距离函数进行修正。
34.例如，针对第p个拉格朗日粒子，拉格朗日粒子的粒子输运方程为，第p个拉格朗日粒子的半径r
p
表示如下：，其中s
p
表示拉格朗日粒子符号（正粒子取+1，负粒子取-1），表示粒子位置，r
min
表示粒子最小半径取值为0.1倍最小网格尺寸，r
max
表示粒子最大半径取值为0.5倍最大网格尺寸。
35.具体的，对于第p个拉格朗日粒子，对应的当前时刻（t=n）的拉格朗日粒子的位置，半径大小为r
p
(n)，基于当前时刻拉格朗日粒子的位置，求解粒子输运方程得到下一时刻拉格朗日粒子的位置。
36.则相应的，上述基于下一时刻的符号距离函数，得到计算域在下一时刻的流体界面的过程，具体可以包括：基于下一时刻修正后的符号距离函数，得到计算域在下一时刻的流体界面。
37.更进一步的，上述基于各个拉格朗日粒子对应的下一时刻拉格朗日粒子的位置对下一时刻的符号距离函数进行修正，得到下一时刻修正后的符号距离函数的过程，具体可以包括：
针对每个拉格朗日粒子，将拉格朗日粒子作为球心确定出局部符号距离函数；例如，针对第p个拉格朗日粒子，以拉格朗日粒子为球心，定义一个局部level set函数。当正粒子运动到符号距离函数为负的一侧，或者负粒子运动到符号距离函数为正的一侧，而且运动距离超过粒子半径时，认为粒子发生了逃逸。用逃逸的正粒子去修正level set函数为正的区域，用逃逸的负粒子去修正level set函数为负的区域，具体修正过程为如下：针对每个拉格朗日粒子，根据拉格朗日粒子对应的下一时刻拉格朗日粒子的位置和下一时刻的符号距离函数计算出对应的距离值，例如针对第p个拉格朗日粒子，计算出的距离值为；针对每个网格，根据下一时刻拉格朗日粒子的位置、网格的位置和局部符号距离函数计算出对应的局部距离值；例如针对第p个拉格朗日粒子，计算出的局部距离值为；根据各个距离值确定出各个正拉格朗日粒子和各个负拉格朗日粒子，其中，距离值为正的拉格朗日粒子为正拉格朗日粒子，距离值为负的拉格朗日粒子为负拉格朗日粒子；从各个正拉格朗日粒子对应的距离值和局部距离值中确定出较大的一个作为第一目标距离值；具体的，将每个正拉格朗日粒子的和进行比较，从而选择出最大值作为第一目标距离值。
38.从各个负拉格朗日粒子对应的距离值和局部距离值中确定出较小的一个作为第二目标距离值；具体的，将每个负拉格朗日粒子的和进行比较，从而选择出最小值作为第一目标距离值。
39.根据第一目标距离值和第二目标距离值对网格下一时刻的距离值进行修正；具体的，可以基于修正关系式结合第一目标距离值和第二目标距离值对网格下一时刻的距离值进行修正，其中，表示第一目标距离值，表示第二目标距离值，表示下一时刻修正后的距离值。
40.然后，再根据各个网格在下一时刻修正后的距离值，得到下一时刻修正后的符号距离函数。
41.更进一步的，在上述基于各个拉格朗日粒子对应的下一时刻拉格朗日粒子的位置对下一时刻的符号距离函数进行修正，得到下一时刻修正后的符号距离函数之后，为了保
持符号距离函数的符号距离函数性质，该方法还可以包括：基于下一时刻的符号距离函数结合初始化方程对符号距离函数进行初始化，得到初始化后的符号距离函数；其中，初始化方程为：，表示符号距离函数，表示伪时间，sign表示符号函数；
▽
表示梯度算子。
42.则相应的，上述基于下一时刻修正后的符号距离函数，得到计算域在下一时刻的流体界面的过程，可以包括：基于初始化后下一时刻的符号距离函数，得到计算域在下一时刻的流体界面，从而进一步提高追踪的流体界面的精确度。
43.更进一步的，该方法还可以包括：基于初始化后下一时刻的符号距离函数求解物理量的控制方程，得到下一时刻的物理量值，以便基于下一时刻的物理量值对下下时刻的流体界面进行追踪。可见，本发明实施例通过针对计算域中的每个网格，获取当前时刻的物理量值，然后采用变分重构的方式确定出符号距离函数的高阶多项式，并根据与每个网格对应的当前时刻的物理量值和所确定出的符号距离函数的高阶多项式求解水平集输运方程，得到下一时刻的符号距离函数，进一步得到计算域上下一时刻的流体界面，从而实现对流体界面的追踪，本发明中通过变分重构的方式确定出符号距离函数的高阶多项式，并基于此求解出下一时刻的符号距离函数，可以在一定程度上减少内在耗散效应，使追踪到的流体界面更加精确，质量守恒性更高。
44.在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种流体界面追踪装置，具体请参照图2。该装置包括：获取模块11，用于针对计算域中的每个网格，获取当前时刻的物理量值；确定模块12，用于采用变分重构的方式确定出符号距离函数的高阶多项式；计算模块13，用于基于与每个网格对应的当前时刻的物理量值和符号距离函数的高阶多项式对出水平集输运方程进行求解，得到下一时刻的符号距离函数；追踪模块14，用于基于下一时刻的符号距离函数，得到计算域在下一时刻的流体界面。
45.需要说明的是，本发明实施例中所提供的流体界面追踪装置具有与上述实施例中提供的流体界面追踪方法相同的有益效果，并且对于本发明实施例中所涉及到的流体界面追踪方法的具体介绍请参照上述实施例，本发明在此不再赘述。
46.在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种流体界面追踪设备，具体请参照图3。该设备包括：存储器20，用于存储计算机程序；处理器21，用于执行计算机程序时实现如上述流体界面追踪方法的步骤。
47.本实施例提供的流体界面追踪设备可以包括但不限于智能手机、平板电脑、笔记本电脑或台式电脑等。
48.其中，处理器21可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器
等。处理器21可以采用dsp(digital signal processing，数字信号处理)、fpga(field－programmable gate array，现场可编程门阵列)、pla(programmable logic array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器21也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称cpu(central processing unit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器21可以在集成有gpu(graphics processing unit，图像处理器)，gpu用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器21还可以包括ai(artificial intelligence，人工智能)处理器，该ai处理器用于处理有关机器学习的计算操作。
49.存储器20可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器20还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。本实施例中，存储器20至少用于存储以下计算机程序201，其中，该计算机程序被处理器21加载并执行之后，能够实现前述任一实施例公开的流体界面追踪方法的相关步骤。另外，存储器20所存储的资源还可以包括操作系统202和数据203等，存储方式可以是短暂存储或者永久存储。其中，操作系统202可以包括windows、unix、linux等。数据203可以包括但不限于设定的偏移量等。
50.在一些实施例中，电子设备还可包括有显示屏22、输入输出接口23、通信接口24、电源25以及通信总线26。
51.本领域技术人员可以理解，图3中示出的结构并不构成对电子设备的限定，可以包括比图示更多或更少的组件。
52.可以理解的是，如果上述实施例中的流体界面追踪方法以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，本技术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全部或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，执行本技术各个实施例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（read-only memory，rom）、随机存取存储器（random access memory，ram）、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
53.基于此，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述流体界面追踪方法的步骤。
54.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。
55.还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者
设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
56.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，在其他实施例中实现。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。

技术特征：
1.一种流体界面追踪方法，其特征在于，包括：针对计算域中的每个网格，获取当前时刻的物理量值；采用变分重构的方式确定出符号距离函数的高阶多项式；基于与每个所述网格对应的所述当前时刻的物理量值和所述符号距离函数的高阶多项式对出水平集输运方程进行求解，得到下一时刻的符号距离函数；基于所述下一时刻的符号距离函数，得到所述计算域在下一时刻的流体界面。2.根据权利要求1所述的流体界面追踪方法，其特征在于，所述采用变分重构的方式确定出符号距离函数的高阶多项式，包括：采用界面跳跃积分函数构建变分重构泛函；在所述变分重构泛函取最小值的情况下，确定出符号距离函数的高阶多项式。3.根据权利要求2所述的流体界面追踪方法，其特征在于，所述界面跳跃积分函数为：，其中，表示第i个网格交界面上的跳跃积分，d表示第i个网格交界面的左侧网格l与右侧网格r的中心距离，q表示从0到k阶导数，表示第i个网格交界面的法向坐标，da表示第i个网格交界面上的微元积分面，表示第i个网格交界面左侧符号距离函数，表示第i个网格交界面右侧符号距离函数；所述变分重构泛函为：，其中，n表示计算域中网格单元交界面的总数量。4.根据权利要求1所述的流体界面追踪方法，其特征在于，还包括：针对每个拉格朗日粒子，获取当前时刻所述拉格朗日粒子的位置和半径大小；基于当前时刻所述拉格朗日粒子的位置，求解粒子输运方程得到下一时刻拉格朗日粒子的位置；基于各个所述拉格朗日粒子对应的下一时刻拉格朗日粒子的位置对所述下一时刻的符号距离函数进行修正，得到下一时刻修正后的符号距离函数；则，所述基于所述下一时刻的符号距离函数，得到所述计算域在下一时刻的流体界面，包括：基于下一时刻修正后的符号距离函数，得到所述计算域在下一时刻的流体界面。5.根据权利要求4所述的流体界面追踪方法，其特征在于，所述基于各个所述拉格朗日粒子对应的下一时刻拉格朗日粒子的位置对所述下一时刻的符号距离函数进行修正，得到下一时刻修正后的符号距离函数，包括：针对每个拉格朗日粒子，将所述拉格朗日粒子作为球心确定出局部符号距离函数；根据所述拉格朗日粒子对应的下一时刻拉格朗日粒子的位置和所述下一时刻的符号距离函数计算出对应的距离值；
针对每个网格，根据所述下一时刻拉格朗日粒子的位置、所述网格的位置和所述局部符号距离函数计算出对应的局部距离值；根据各个距离值确定出各个正拉格朗日粒子和各个负拉格朗日粒子；从各个所述正拉格朗日粒子对应的距离值和局部距离值中确定出较大的一个作为第一目标距离值；从各个所述负拉格朗日粒子对应的距离值和局部距离值中确定出较小的一个作为第二目标距离值；根据所述第一目标距离值和所述第二目标距离值对所述网格下一时刻的距离值进行修正；根据各个所述网格在下一时刻修正后的距离值，得到下一时刻修正后的符号距离函数。6.根据权利要求5所述的流体界面追踪方法，其特征在于，所述根据所述第一目标距离值和所述第二目标距离值对所述网格下一时刻的距离值进行修正，包括：基于修正关系式结合所述第一目标距离值和所述第二目标距离值对所述网格下一时刻的距离值进行修正，其中，表示第一目标距离值，表示第二目标距离值，表示下一时刻修正后的距离值。7.根据权利要求4所述的流体界面追踪方法，其特征在于，在所述基于各个所述拉格朗日粒子对应的下一时刻拉格朗日粒子的位置对所述下一时刻的符号距离函数进行修正，得到下一时刻修正后的符号距离函数之后，还包括：基于所述下一时刻的符号距离函数结合初始化方程对符号距离函数进行初始化，得到初始化后的符号距离函数；其中，初始化方程为：，表示符号距离函数，表示伪时间，sign表示符号函数；
▽
表示梯度算子；则，所述基于下一时刻修正后的符号距离函数，得到所述计算域在下一时刻的流体界面，包括：基于初始化后的符号距离函数，得到所述计算域在下一时刻的流体界面。8.根据权利要求7所述的流体界面追踪方法，其特征在于，还包括：基于初始化后的符号距离函数求解物理量的控制方程，得到下一时刻的物理量值。9.一种流体界面追踪装置，其特征在于，包括：获取模块，用于针对计算域中的每个网格，获取当前时刻的物理量值；确定模块，用于采用变分重构的方式确定出符号距离函数的高阶多项式；计算模块，用于基于与每个所述网格对应的所述当前时刻的物理量值和所述符号距离
函数的高阶多项式对出水平集输运方程进行求解，得到下一时刻的符号距离函数；追踪模块，用于基于所述下一时刻的符号距离函数，得到所述计算域在下一时刻的流体界面。10.一种流体界面追踪设备，其特征在于，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8任一项所述流体界面追踪方法的步骤。11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述流体界面追踪方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种流体界面追踪方法、装置、系统及存储介质，应用于计算流体力学技术领域，该方法包括：针对计算域中的每个网格，获取当前时刻的物理量值；采用变分重构的方式确定出符号距离函数的高阶多项式；基于与每个网格对应的当前时刻的物理量值和符号距离函数的高阶多项式对出水平集输运方程进行求解，得到下一时刻的符号距离函数；基于下一时刻的符号距离函数，得到计算域在下一时刻的流体界面；本发明中通过变分重构的方式确定出符号距离函数的高阶多项式，并基于此求解出下一时刻的符号距离函数，可以在一定程度上减少内在耗散效应，使追踪到的流体界面更加精确，质量守恒性更高。恒性更高。恒性更高。


技术研发人员：程林 张威龙 李彬 谢汭之 于广瀛 刘丽丽 王栋志
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/8/1