(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 202211205938.8 (22)申请日 2022.09.30 (71)申请人 中国船舶科 学研究中心 地址 214082 江苏省无锡市滨湖区山水东 路222号 (72)发明人 蔡志文　刘小龙　陈文炜　俞俊　 (74)专利代理 机构 无锡华源专利商标事务所 (普通合伙) 32228 专利代理师 过顾佳 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种基于格子玻尔兹曼的时域缓坡方程的 数值求解方法 (57)摘要 本申请公开了一种基于格子玻尔兹曼的时 域缓坡方程的数值求解方法， 涉及海洋科学技术 领域， 该方法对时域缓坡 方程的空间计算域进行 网格划分后， 在每个时间步根据入射波边界的速 度势更新入射波边界处的各个网格的分布函数， 继而根据各个网格的分布函数求解各个网格的 波面升高后， 可以更新入射波边界以外的各个网 格的分布 函数， 然后更新反射边界处各个网格的 分布函数进入下一个时间步的迭代求解直至最 终输出需要的波浪参数。 本申请引入格子玻尔兹 曼方法， 提出了一种全新的高效求解方法， 边界 处理方便， 易于实现， 提高了 数值求解的效率， 为 实现基于时域缓坡方程的大范围波浪数值演化 打下基础。 权利要求书3页 说明书7页 附图2页 CN 115495919 A 2022.12.20 CN 115495919 A 1.一种基于格子玻尔兹曼的时域缓坡方程的数值求解方法， 其特征在于， 所述方法包 括： 对时域缓坡方程的空间计算 域进行网格划分； 对于任意第j行、 第i列的网格celli,j， 初始化第0个时间步t0的波面升高 任意 第r个分布函数 任意第r个平衡函数 任意第r个源项函数 r∈[0,R]， R为 参数； 根据入射波边界在时间步tm+1的速度势 以及入射波边界相邻网格在时间步tm的 分布函数， 更新得到入射波边界处的各个网格在时间步tm+1的分布函数， m为起始 值为0的参 数； 基于各个网格的分布函数计算得到对应网格在时间步tm+1的波面升高 基于任意网格celli,j在时间步tm+1的波面升高 更新得到入射波边界以外的任意网 格celli,j在时间步tm+1的平衡函数 以及源项函数 并计算得到入射波边界 以外的各个网格在时间步tm+1的分布函数 更新反射边界处各个网格的分布函数， 令m＝m+1并再次执行所述根据入射波边界在时 间步tm+1的速度势 以及入射波边界相邻网格在时间步tm的分布函数的步骤， 直到时 间步tm+1为最后一个时间步时， 输出波浪参数。 2.根据权利要求1所述的数值求解方法， 其特征在于， 所述对时域缓坡方程的空间计算 域进行网格划分的方法包括： 对时域缓坡方程的空间计算域在x轴方向上划分为M列网格， 对所述 时域缓坡方程的空 间计算域在y轴方向上划分为N行网格， 其中， x轴方向平行于入射波边界， y轴方向垂直于x 轴方向， i∈[1,M]， j∈[1,N]； 则入射波边界处的网格包括j＝1时的各个网格， 入射波边界相邻网格包括j＝2时的各 个网格， 入射波边界以外的各个网格包括j≠1时的各个网格。 3.根据权利要求2所述的数值求解方法， 其特征在于， 所述方法还包括： 初始化任意网 格celli,j在时间步t0的速度势 更新得到入射波边界以外的任意网格cel li,j在时间步tm+1的平衡函数的方法包括： 根据任意网格celli,j在时间步tm+1的波面升高 结合网格celli,j在时间步tm的速度 势 更新得到任意网格cel li,j在时间步tm+1的速度势 根据入射波边界以外的任意网格celli,j对应的波面升高 和速度势 更新得到网 格celli,j在时间步tm+1的平衡函数 4.根据权利要求3所述的数值求解方法， 其特征在于， 所述更新得到入射波边界处 的各 个网格在时间步tm+1的分布函数， 包括将入射波边界处的任意网格celli,1在时间步tm+1的任 意第k个分布函数 更新为：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115495919 A 2其中， 是网格celli,1对应的入射波边 界相邻网格celli,2在时间步tm的第r个分布函 数， 表示网格 celli,2在时间步tm的波面升高， 表示网格celli,2在时间步tm的速度势， r＝0的分布函数 位于网格的中心， r≠ 0的分布函数分布在网格的其 他区域。 5.根据权利要求4所述的数值求解方法， 其特征在于， 所述计算得到对应网格在时间步 tm+1的波面升高 包括确定 6.根据权利 要求3所述的数值求解方法， 其特征在于， 更新得到任意网格celli,j在时间 步tm+1的速度势 的方法包括： 根据任意网格celli,j在时间步tm+1的波面升高 计算得到网格celli,j在时间步tm+1的 速度势的源项 g是重力加速度； 更新得到网格celli,j在时间步tm+1的速度势 dt是相邻两个时 间步之间的步长 。 7.根据权利要求3所述的数值求解方法， 其特征在于， 更新得到网格celli,j在时间步 tm+1的平衡函数 的方法， 包括确 定入射波边界以外的任意网格celli,j的 为 r＝0的分布函数位于网格的中心， r≠0的分布函数分布在 网格的其 他区域。 8.根据权利要求1所述的数值求解方法， 其特征在于， 更新得到入射波边界以外的任意 网格celli,j在时间步tm+1的源项函数 的方法包括： 根据任意网格celli,j在历史多个时间步的波面升高的使用上跨零算法计算得到网格 celli,j在时间步tm+1的波高 基于地形数据确定任意 网格celli,j的水深hi,j， 并结合网格celli,j在时间步tm+1的波高 根据色散关系计算得到网格cellij在时间步tm+1的波数 相速度 和群速度 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115495919 A 3