基于多重网格法的暖通气流组织加速迭代仿真方法与流程

本发明涉及暖通气流组织仿真，更具体的说是涉及一种基于多重网格法的暖通气流组织加速迭代仿真方法。

背景技术：

1、在现代建筑设计和暖通空调(hvac)系统优化中，气流组织的仿真是至关重要的环节。传统的气流仿真方法存在计算量大、时间消耗长和精度有限等问题，难以满足快速设计和优化的需求。现有的气流仿真方法主要有以下不足：计算效率低，尤其是在高分辨率网格下，计算时间显著增加；网格生成复杂，尤其在处理复杂几何结构时，需要大量的手动调整；边界条件处理困难，容易产生误差；仿真精度有限，难以全面反映实际气流分布情况。

2、例如授权公告号为cn109933814b的中国专利，公开了一种空调气流导向性仿真方法，包括：创建基于气流导向性的空调三维面网格模型；确定基于气流导向性的空调三维面网格模型是否具有与预定义的基础面网格模型相同的部件；响应于基于气流导向性的空调三维面网格模型至少具有基础面网格模型中的所有部件，生成基于气流导向性的空调三维体网格模型；获取边界条件设置信息；判断边界条件设置信息是否符合与基础面网格模型相对应的预定义的基础边界条件模型，响应于边界条件设置信息符合基础边界条件模型，设置空调气流导向性计算模型和与空调气流导向性计算模型相关的参数，以及执行计算以便得到与空调气流导向性相关的结果。

3、以上方法存在本背景技术存在的问题，为了克服上述不足，应开发一种暖通气流组织仿真方法用以提高仿真结果的精度，同时减少计算时间。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于多重网格法的暖通气流组织加速迭代仿真方法，用于构建半边结构数据，并利用多重网格法求解目标暖通系统的非线性偏微分方程，完成对目标暖通系统的加速迭代仿真。

2、第一方面，本公开实施例提供了一种基于多重网格法的暖通气流组织加速迭代仿真方法，包括：

3、获取目标暖通系统的系统信息和第一三维模型；

4、基于所述第一三维模型，进行层次化半边转换，生成半边结构数据；

5、基于所述第一三维模型和所述半边结构数据，生成非贴合网格，同时或之后，基于所述第一三维模型和所述半边结构数据，生成贴合网格；

6、基于所述系统信息、非贴合网格以及贴合网格，建立所述目标暖通系统的非线性偏微分方程，采用多重网格法求解，生成所述目标暖通系统的仿真结果。

7、作为一种可选的实施方式，所述基于所述第一三维模型，进行层次化半边转换，生成半边结构数据包括：

8、对所述第一三维模型进行预处理；

9、定义所述半边结构数据的数据结构，包括：顶点、半边、边、面、气流路径；

10、从所述第一三维模型中提取目标气流路径，并记录所述目标气流路径中每个关键节点和连接关系；

11、基于所述目标气流路径，将所述目标三维模型分割为若干子网格，其中，每个子网格表示一个独立的气流段；

12、从每个所述子网络中提取多边形面，并记录每个多边形面上的顶点信息；

13、针对每个所述多边形面，基于所述顶点信息，遍历所述多边形面的每个顶点，生成对应的半边，并设置半边之间的链接关系；

14、在所述第一三维模型的所有半边生成后，匹配每条半边的相对半边，生成半边结构数据。

15、作为一种可选的实施方式，所述基于所述第一三维模型，进行层次化半边转换，生成半边结构数据还包括：

16、为每个所述气流路径创建一个气流路径对象，并记录每个所述气流路径的起点和终点。

17、基于所述系统信息，定义所述目标暖通系统的系统层；

18、针对所述目标暖通系统的层，基于所述系统信息创建设备层；

19、针对每个所述设备层，创建路径层；

20、基于每个所述气流路径的气流路径对象，各个所述气流路径添加至所述气流路径对象对应的路径层。

21、作为一种可选的实施方式，所述将所述目标三维模型分割为若干子网格包括：

22、对所述第一三维模型采用第一边缘检测法，确定所述目标暖通系统中每个暖通组件的边界信息；

23、基于所述目标暖通系统中每个暖通组件的边界信息，确定每个所述暖通组件的几何特征和连接点；

24、基于所述每个所述暖通组件的几何特征和连接点，将所述目标三维模型分割为若干子网格。

25、作为一种可选的实施方式，所述系统信息包括：材料特性；所述第一边缘检测法包括：

26、在所述边缘检测前，计算所述三维模型的局部区域统计特性；

27、基于所述局部区域统计特性和所述材料特性，动态调整用于检测强边缘的高阈值和用于检测弱边缘的低阈值；

28、所述计算所述三维模型的局部区域统计特性包括：

29、通过滑动窗口法在三维模型上计算均值μlocal和标准差σlocal，计算公式为：

30、

31、其中，μlocal(x，y，z)为局部均值，表示在以点(x，y，z)为中心的滑动窗口内像素强度的平均值，σlocal(x，y，z)表示在以点(x，y，z)为中心的窗口内像素强度的离散强度，n是滑动窗口内的像素数量，l是图像强度值，i、j、k分别滑动窗口在x、y、j方向上的偏移；

32、基于所述局部统计特性，动态调整高阈值thigh和低阈值tlow计算公式为：

33、thigh(x，y，z)＝μlocal(x，y，z)+khigh·σlocal(x，y，z)

34、tlow(x，y，z)＝μlocal(x，y，z)-klow·σlocal(x，y，z)

35、其中，khigh和klow是根据系统材料特性设置的调整参数。

36、作为一种可选的实施方式，所述基于所述第一三维模型和所述半边结构数据，生成非贴合网格，同时或之后，基于所述第一三维模型和所述半边结构数据，生成贴合网格包括：

37、基于所述第一三维模型和所述半边结构数据，使用预设网格单元生成初始非贴合网格；其中，所述初始非贴合网格的几何和拓关系基于所述半边结构数据确定；

38、基于所述初始非贴合网格进行逐级细化，并在每次细化时利用所述半边结构数据调整所述非贴合网格中网格单元的位置，生成若干分辨率更高的所述非贴合网格；

39、基于所述第一三维模型和所述半边结构数据，生成初始贴合网格；

40、基于所述初始贴合网格进行逐级细化，并在每次细化时利用所述半边结构数据调整所述贴合网格中网格单元的位置，生成若干分辨率更高的所述贴合网格。

41、作为一种可选的实施方式，所述基于所述系统信息、非贴合网格以及贴合网格，建立所述目标暖通系统的非线性偏微分方程包括：

42、基于所述系统信息，确定所述目标暖通系统的仿真目标；

43、基于所述目标暖通系统的仿真目标，确定需要建立和求解的非线性偏微分方程类型。

44、作为一种可选的实施方式，所述采用多重网格法求解，生成所述目标暖通系统的仿真结果包括：

45、将所述非线性微分方程分解为若干线性方程；

46、基于所述系统信息，确定所述目标暖通系统的初始条件和边界条件；

47、利用高阶插值法，将所述目标暖通系统的初始条件和边界条件插值到所述初始非贴合网格的每个节点，并对所述线性方程进行求解，生成初始解；

48、将所述初始解通过第一插值法插值至所述初始贴合网格中，并在所述初始贴合网格上进行迭代计算；

49、相应于所述迭代计算结果达到预设的终止条件，输出方程解作为所述第一仿真结果。

50、作为一种可选的实施方式，所述采用多重网格法求解，生成所述目标暖通系统的仿真结果还包括：

51、所述非贴合网格中的每一级网格的分辨率与所述贴合网格中每一级网格的分辨率一一对应；

52、基于所述非贴合网格中每一级网格，分别对所述线性方程求解；

53、将非贴合网格中每一级网格的解，分别插值到对应分辨率的所述贴合网格中；

54、利用插值后的所述贴合网格中的每一级网格对所述线性方程迭代求解；

55、响应与所述贴合网格中最高级网格迭代求解完成，输出所述最高级网格的解作为所述目标暖通系统的仿真结果。

56、作为一种可选的实施方式，所述利用插值后的所述贴合网格中的每一级网格对所述线性方程迭代求解包括：

57、针对所述贴合网格中的非初始贴合网格之外的每一级网格的初始解，基于所述贴合网格中该级网格的前一级网格的解，计算误差并修正。

58、本发明的有益效果：通过粗细网格结合的多重网格法，粗网格的初步解作为细网格的初始猜测，减少了细网格的迭代次数，提高了仿真速度。层次化半边转换和结构化数据处理方法，简化了网格生成和调整的复杂度，提高了数据处理和仿真建模的效率。动态阈值调整和局部自适应方法，使得仿真过程能够更好地适应不同材料和区域的特性，提高了仿真结果的精度，同时减少了计算时间。