[發(fā)明專利]一種計算網(wǎng)格生成方法及裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410160332.6
• 申請日: 2014-04-21
• 公開（公告）號: CN103970715A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 宇波;趙宇;李敬法
• 申請（專利權(quán)）人: 中國石油大學(xué)(北京)
• 主分類號: G06F17/00
• 分類號: G06F17/00
• 代理公司: 北京三友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 湯在彥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)，具體的講是一種計算網(wǎng)格的生成方法及裝置。

背景技術(shù)

網(wǎng)格生成技術(shù)是對給定區(qū)域進(jìn)行離散并生成計算網(wǎng)格的方法，而網(wǎng)格的合理設(shè)計和高質(zhì)量生成是進(jìn)行數(shù)值模擬計算的前提條件，也是影響后續(xù)數(shù)值計算效率和計算結(jié)果精度最主要的決定性因素之一。計算網(wǎng)格包括：結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格：排列有序、相鄰節(jié)點位置關(guān)系明確的網(wǎng)格，主要為四邊形網(wǎng)格；非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格：排列無序、相鄰節(jié)點位置關(guān)系不明確的網(wǎng)格，主要有非結(jié)構(gòu)化四邊形網(wǎng)格、非結(jié)構(gòu)化三角形網(wǎng)格等。同時對網(wǎng)格生成中的基本概念進(jìn)行解釋：挖洞：在結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格中通過消除部分重疊網(wǎng)格以制造空白區(qū)域的方法；洞體空腔：經(jīng)過“挖洞”操作后的空白區(qū)域，通常用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行填充。

結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格作為最早出現(xiàn)的網(wǎng)格類型，其生成算法簡單、生成速度快，同時相鄰網(wǎng)格間的拓?fù)潢P(guān)系明確，在其上能夠方便地實施高精度、高效率的數(shù)值算法，并且結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格很容易生成長寬比很大的粘性網(wǎng)格，可以精確、高效地計算模擬邊界層等粘性流動問題，因此一直是離散較規(guī)則幾何構(gòu)型的首選網(wǎng)格。但結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格自身排列的結(jié)構(gòu)性和有序性大大限制了其對復(fù)雜幾何構(gòu)型的適應(yīng)能力，對這類計算區(qū)域進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成通常非常困難，需要進(jìn)行大量的人工操作，嚴(yán)重影響了數(shù)值計算的效率。

與結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格不同，非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格最大優(yōu)點就是其強(qiáng)大的幾何適應(yīng)能力，由于沒有節(jié)點結(jié)構(gòu)性的限制，因而非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對于構(gòu)型復(fù)雜的區(qū)域能夠靈活地進(jìn)行網(wǎng)格生成，也更有利于進(jìn)行網(wǎng)格自適應(yīng)處理來提高物理量變化劇烈區(qū)域的分辨率。但目前對于復(fù)雜構(gòu)型完全自動化的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成和自適應(yīng)調(diào)整技術(shù)仍未能真正實現(xiàn)。而且非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格排列的無序性不僅使得高階精度的數(shù)值算法較難在其上構(gòu)造和實施，同時控制方程的系數(shù)矩陣也難以保證對角占優(yōu)，這無疑會對后續(xù)數(shù)值計算的收斂性產(chǎn)生不利影響。在同樣的物理區(qū)域里，非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格需要的網(wǎng)格數(shù)也比結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格要多，尤其對于粘性流動區(qū)域，非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格很難采用類似于結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的大長寬比網(wǎng)格，為了保證計算精度和穩(wěn)定性必須在各個方向都進(jìn)行網(wǎng)格加密，大大增加了計算資源的消耗和不必要的計算時間。

基于充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格各自優(yōu)點的思想，出現(xiàn)了一系列混合網(wǎng)格生成技術(shù)，并在復(fù)雜流動計算、網(wǎng)格自適應(yīng)處理等多個研究領(lǐng)域中取得了廣泛的應(yīng)用。這些技術(shù)的基本思路是充分利用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格上數(shù)值計算高精度、高效率和高穩(wěn)定性的特點，在流動或傳熱邊界附近等速度、溫度梯度大的區(qū)域使用簡單的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，然后再利用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的幾何靈活性把已生成結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的區(qū)域連接起來，從根本上保證了不同類型網(wǎng)格交界面處的通量守恒，避免了插值誤差。混合網(wǎng)格的生成主要由對幾何構(gòu)型分區(qū)生成結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格、在已生成的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格中“挖洞”和在洞體中生成非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格等幾個關(guān)鍵模塊組成，其中結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的生成相對獨立，可各自采用不同方法對相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格生成，二者通過“挖洞”模塊進(jìn)行過渡連接，并依靠一系列精細(xì)控制的步驟保證計算區(qū)域被網(wǎng)格完全覆蓋并實現(xiàn)兩種不同類型網(wǎng)格間的無縫連接。

現(xiàn)有技術(shù)中，混合網(wǎng)格的生成主要分為三個部分：一、對計算區(qū)域進(jìn)行分區(qū)并對各個子區(qū)域分別生成結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格；二、對子區(qū)域結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格互相重疊的部分進(jìn)行挖洞操作；三、在洞體空腔中生成非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格填滿整個計算區(qū)域。

對于第一和第三部分，即分區(qū)生成結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和生成非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，現(xiàn)有技術(shù)均可以快速地生成高質(zhì)量的網(wǎng)格，因此作為連接兩者的中間環(huán)節(jié)，第二部分的“挖洞”操作將直接影響計算的效率，在這方面現(xiàn)有技術(shù)還存在著一些缺點，由于現(xiàn)有技術(shù)方案是在所有子區(qū)域結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成完畢后才進(jìn)行“挖洞”，并且缺乏有效手段判斷何時停止“挖洞”操作，所以勢必要產(chǎn)生大量不必要的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格及冗余的重疊區(qū)域，這不僅會嚴(yán)重浪費計算機(jī)的內(nèi)存資源，而且由于計算網(wǎng)格數(shù)量過多，處理速度會變慢。這就是現(xiàn)有技術(shù)存在的最明顯缺點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有混合網(wǎng)格生成技術(shù)處理速度低的缺點，通過改進(jìn)挖洞算法來避免產(chǎn)生大量不必要的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格及冗余重疊區(qū)域，提高混合網(wǎng)格的生成速度。

本發(fā)明實施例提供了一種計算網(wǎng)格生成方法，包括：

步驟1，接收用戶輸入的待模擬區(qū)域的幾何信息；

步驟2，根據(jù)所述幾何信息劃分所述待模擬區(qū)域，確定劃分的各子區(qū)域的幾何信息和編號；

步驟3，根據(jù)所述各子區(qū)域的編號依序選取一當(dāng)前子區(qū)域，對選取的當(dāng)前子區(qū)域進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成和挖洞操作，生成當(dāng)前子區(qū)域的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和邊界信息；

步驟4，根據(jù)依序生成的各子區(qū)域的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和邊界信息生成洞體空腔數(shù)據(jù)；