(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211469835.2 (22)申请日 2022.11.22 (71)申请人 中国人民解 放军国防科技大 学 地址 410073 湖南省长 沙市开福区德雅路 109号 (72)发明人 杨灿群　刘毅　郭晓威　李超　 唐滔　范小康　张森　 (74)专利代理 机构 长沙国科天河知识产权代理 有限公司 432 25 专利代理师 李杨 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种面向多物理场应用的分离式耦合数值 模拟方法和装置 (57)摘要 本申请涉及一种面向多物理场应用的分离 式耦合数值模拟方法和装置。 所述方法包括： 在 流‑固耦合的多物理场应用的数值模拟中， 通过 格子玻尔兹曼法求解流体区域， 有限体积法求解 固体区域， 采用开源耦合库提供的一致性数据映 射方案对耦合区域处的离散空间进行数据的插 值和映射， 由开源耦合库基于时间步长对耦合区 域的参数和物理场信息进行实时传递； 根据开源 耦合库提供的耦合方案包对分区域的离散方程 进行迭代 求解， 得到多物理场应用的耦合响应信 息。 本发明结合了宏观的有限体积法和介观的格 子玻尔兹曼方法， 且在迭代求解过程中实现了多 区域参数和物理信息的实时交互， 极大地方便了 耦合多物理场应用的分析， 可为工程实践提供高 效可靠的参 考。 权利要求书2页 说明书9页 附图4页 CN 115526091 A 2022.12.27 CN 115526091 A 1.一种面向多物理场应用的分离式耦合数值模拟方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 根据流‑固耦合的多物 理场应用的分区域建立对应的算例形状， 并设置边界条件； 所述 分区域包括流体区域和固体区域， 所述流体区域和所述固体区域之 间存在面接触构成耦合 区域； 通过格子玻尔兹曼法构建所述流体区域的离散方程， 通过有限体积法构建所述固体区 域的离散方程， 根据所述分区域内发生的物理过程确定所述流体区域的离散方程的第一求 解器， 以及所述固体区域的离 散方程的第二 求解器； 在根据所述第一求解器和所述第 二求解器对所述多物理场应用进行耦合模拟时， 通过 预设的开源耦合库基于时间步长对所述耦合区域的参数和物理场信息进行实时传递； 根据所述开源耦合库提供的耦合方案包对所述流体区域的离散方程和所述固体区域 的离散方程进行迭代求 解， 直至收敛， 得到所述多物理场应用的耦合响应信息 。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 在通过预设的开源耦合库基于时间步长对 所述耦合区域的参数和物理场信息进行实时传递之前， 还 包括： 对齐所述耦合区域内涉及到的不同离 散空间。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 在通过预设的开源耦合库基于时间步长对 所述耦合区域的参数和物理场信息进行实时传递之前， 还 包括： 确定耦合模拟过程中涉及的物理参数； 根据所述物理参数在所述格子玻尔兹曼法和所述有限体积法中的等效条件信 息， 将所 述物理参数在所述格子玻尔兹曼法和所述有限体积法中的表示形式进 行转换， 以确保所述 物理参数在两类求 解算法中参数等效。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述预设的开源耦合库为开源耦合库 preCICE。 5.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 在通过预设的开源耦合库基于时间步长对 所述耦合区域的参数和物理场信息进行实时传递之前， 还 包括： 根据所述开源耦合库 所提供的时间插值方案的要求， 确定所述格子玻尔兹曼法和所述 有限体积法的时间步长， 建立两种算法时间步长的等效关联。 6.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 根据 所述开源耦合库提供的耦合方案包对 所述流体区域的离散方程和所述固体区域的离散方程进行迭代求解， 直至 收敛， 得到所述 多物理场应用的耦合响应信息， 包括： 根据所述多物 理场应用的特征和对数值求解精度的要求， 从所述开源耦合库提供的耦 合方案包中选 定相应的数值耦合方式； 根据所述选定的数值耦合方式对所述流体区域的离散方程和所述固体区域的离散方 程进行迭代求 解， 直至收敛， 得到所述多物理场应用的耦合响应信息 。 7.根据权利要求1至6任意一项所述的方法， 其特征在于， 所述流 ‑固耦合的多物理场应 用为共轭传热多物理场。 8.一种面向多物理场应用的分离式耦合数值模拟装置， 其特 征在于， 所述装置包括： 初始化模块， 用于根据流 ‑固耦合的多物 理场应用分区域建立对应的算例形状， 并设置 边界条件； 所述分区域包括流体区域和固体区域， 所述流体区域和所述固体区域之间存在 面接触构成耦合区域；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115526091 A 2求解器确定模块， 用于通过格子玻尔兹曼法构建所述流体区域的离散方程， 通过有限 体积法构建所述固体区域的离散方程， 根据所述分区域内发生的物理过程确定所述流体区 域的离散方程的第一 求解器， 以及所述固体区域的离 散方程的第二 求解器； 实时交互模块， 用于在根据 所述第一求解器和所述第 二求解器对所述多物理场应用进 行耦合模拟时， 通过预设的开源耦合库基于时间步长对所述耦合区域的参数和物理场信息 进行实时传递； 迭代求解模块， 用于根据所述开源耦合库提供的耦合方案包对所述流体区域的离散方 程和所述固体区域的离散方程进行迭代求解， 直至 收敛， 得到所述多物理场应用的耦合响 应信息。 9.根据权利要求8所述的装置， 其特 征在于， 所述实时交 互模块还用于： 对齐所述耦合区域内涉及到的不同离 散空间。 10.根据权利要求8所述的装置， 其特 征在于， 所述实时交 互模块还用于： 确定耦合模拟过程中涉及的物理参数； 根据所述物理参数在所述格子玻尔兹曼法和所述有限体积法中的等效条件信 息， 将所 述物理参数在所述格子玻尔兹曼法和所述有限体积法中的表示形式进 行转换， 以确保所述 物理参数在两类求 解算法中参数等效。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115526091 A 3