[發(fā)明專利]一種動態(tài)結(jié)冰微觀結(jié)構(gòu)三維建模方法

有效

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• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN107833275B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李偉斌;趙凡;馬洪林;杜雁霞;易賢;王開春;李維浩
• 申請（專利權(quán)）人: 中國空氣動力研究與發(fā)展中心計算空氣動力研究所
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 翟長明;韓志英

本發(fā)明公開了一種動態(tài)結(jié)冰微觀結(jié)構(gòu)三維建模方法，提出以0?1三維矩陣的形式表達(dá)結(jié)冰內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，其中0表示的是結(jié)冰，1表示的是結(jié)冰內(nèi)的氣泡孔隙。基于孔隙為球形的假設(shè)，以均勻分布的方式隨機生成孔隙的球心坐標(biāo)，并以特定分布的方式隨機生成孔隙的直徑。最終結(jié)合球心位置和相應(yīng)的直徑信息確定三維矩陣內(nèi)各坐標(biāo)點處的取值，從而獲得結(jié)冰三維微觀結(jié)構(gòu)。這一結(jié)冰三維微觀結(jié)構(gòu)建模方法中的相關(guān)依據(jù)源于結(jié)冰實驗數(shù)據(jù)，具有較高的可信度。同時，該方法為結(jié)冰的定量分析提供必要的支撐。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及動態(tài)結(jié)冰微觀特征分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種動態(tài)結(jié)冰微觀結(jié)構(gòu)的三維建模方法。

背景技術(shù)

當(dāng)過冷水滴撞擊低溫基底，在滿足一定條件后會發(fā)生凍結(jié)，隨著夾雜過冷水氣流的不斷撞擊，基底表面形成越來越厚的結(jié)冰。與傳統(tǒng)結(jié)冰較為不同的是，這種結(jié)冰具有典型的動態(tài)過程，在微觀上，表現(xiàn)為水滴的不斷凍結(jié)累積，并且相互間形成孔隙。這一微觀結(jié)構(gòu)的孔隙特性與密度、波的傳播速度、導(dǎo)熱系數(shù)等密切相關(guān)，直接影響結(jié)冰冰形計算、結(jié)冰探測和防除冰等。然而，目前缺少對動態(tài)結(jié)冰微觀結(jié)構(gòu)的定量刻畫，使得對結(jié)冰相關(guān)問題的精細(xì)化研究缺少必要的理論依據(jù)。針對這一問題，基于統(tǒng)計的相關(guān)知識，提出了結(jié)冰微觀結(jié)構(gòu)的三維建模方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種動態(tài)結(jié)冰微觀結(jié)構(gòu)三維建模的方法。該方法基于結(jié)冰內(nèi)部氣泡孔隙為球形的假設(shè)，將動態(tài)結(jié)冰微觀結(jié)構(gòu)抽象為三維矩陣，并結(jié)合孔隙直徑和數(shù)量的分布規(guī)律，以及孔隙的隨機性，確定其在結(jié)冰內(nèi)的分布位置，最終達(dá)到以0-1(其中0表示結(jié)冰，1表示結(jié)冰內(nèi)部的孔隙)矩陣的形式表征動態(tài)結(jié)冰三維微觀結(jié)構(gòu)的目的。

本發(fā)明的動態(tài)結(jié)冰微觀結(jié)構(gòu)三維建模方法，其特征在于包括以下步驟：

a.給定動態(tài)結(jié)冰的三維區(qū)域。給定一個大小為I×J×K的三維0-1矩陣T，并確定矩陣大小與實際結(jié)冰尺寸的轉(zhuǎn)換比例r，其中r的單位為個/長度單位，例如個/微米，個/毫米等；

b.給定動態(tài)結(jié)冰內(nèi)部孔隙數(shù)量N；

c.以隨機的形式確定每個孔隙的球心坐標(biāo)，記球心為O_i(x_i，y_i，z_i)，i＝1，…，N；

d.以隨機的形式確定每個孔隙對應(yīng)球的直徑，記直徑為d_i，i＝1，…，N；

e.生成動態(tài)結(jié)冰三維微觀結(jié)構(gòu)對應(yīng)的0-1三維矩陣，對矩陣中的元素P(x，y，z)進(jìn)行判斷取值，若存在整數(shù)p∈[1，N]，使得點P的與球心O_p間的距離小于或者等于d_p/2，則矩陣中的元素P(x，y，z)的取值T(x，y，z)＝1。

本發(fā)明的動態(tài)結(jié)冰三維微觀結(jié)構(gòu)建模方法中的孔隙數(shù)量、位置分布、半徑分布等相關(guān)信息的確定規(guī)則均源于結(jié)冰實驗數(shù)據(jù)，具有較高的可信度。該方法定量化提出了結(jié)冰的三維微觀結(jié)構(gòu)，為結(jié)冰的相關(guān)定量分析提供必要的支撐。

附圖說明

圖1為依據(jù)均勻分布，在區(qū)間[1，19683000]上隨機生成的2000個整數(shù)值隨序號的分布圖；

圖2為依據(jù)均勻分布，在區(qū)間[0，1]上隨機生成的2000個數(shù)值隨序號的分布圖；

圖3為生成的空隙直徑分布圖；

圖4為所生成的動態(tài)結(jié)冰的三維微觀結(jié)構(gòu)圖；

圖5為截面x＝135的孔隙分布示意圖；

圖6為截面y＝135的孔隙分布示意圖；

圖7為截面z＝135的孔隙分布示意圖。

具體實施方式