[發明專利]一種特大變形動態網格生成方法

有效

• 申請號: 201510041391.6
• 申請日: 2015-01-27
• 公開（公告）號: CN104572575B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 郭同慶;陳皓;陸志良
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/00
• 分類號: G06F17/00
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司32252
• 代理人: 戴朝榮

技術領域

本發明公開了一種特大變形動態網格生成方法，涉及計算流體力學技術領域。

背景技術

計算流體力學(CFD)是通過數值方法求解流體力學控制方程，得到流場的離散的定量描述，并以此預測流體運動規律的學科。在計算流體力學數值模擬中，需要將流場區域離散，即生成網格。網格生成的速度和質量決定了數值模擬的時間和精度，它對數值模擬的重要性不言而喻。隨著計算流體力學的飛速發展，高質量、快速的動態網格生成技術成為了開展動邊界非定常問題數值模擬研究的關鍵。

迄今為止，國內外的計算流體力學學者已經發展出了多種動態網格生成技術。傳統的基于單套靜態網格的各種動態網格技術其基本思想是保持網格拓撲結構不變，令遠場邊界保持靜止，結構邊界由物體運動規律給定，內場網格通過插值生成，但其只適用于小變形情況，特大變形下不易保證變形后的網格質量，甚至會出現網格交錯現象，導致非定常計算失敗。為進一步適應工程實際的需要，動態網格生成技術應該向通用性好、變形能力強和動態網格質量高等方向不斷發展。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對現有技術的缺陷，基于多塊對接結構網格，提供一種特大變形動態網格生成方法，用多套拓撲結構相同的靜態網格插值出隨時間變化的全流場動態網格。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種特大變形動態網格生成方法，包括以下步驟：

步驟一、基于多塊對接結構網格，選擇不同時刻下的變形位置，生成相應的拓撲結構相同的靜態網格；

步驟二、根據步驟一中生成的靜態網格，預估計算出任意時刻下的計算網格；

步驟三、對步驟二中生產的計算網格進行校正；

步驟四、將步驟三中得到的校正網格用于非定常計算，得到隨時間變化的全流場動態網格。

作為本發明的進一步優選方案，在所述步驟一中，設定選擇n個時刻下的變形位置，將其中第t個時刻下網格點坐標記為：

fx(t,b,i,j,k),fy(t,b,i,j,k),fz(t,b,i,j,k)；

其中，1≤t≤n，b表示網格點所在的網格塊號，i,j,k表示網格點在網格塊三個方向的序號；

所述步驟二中，通過拉格朗日插值算法，預估計算任意時刻下的計算網格，預估計算網格中的網格點坐標表示如下：

fx(n+1,b,i,j,k)＝a₁fx(1,b,i,j,k)+a₂fx(2,b,i,j,k)+…+a_tfx(t,b,i,j,k)+…+a_nfx(n,b,i,j,k)；

fy(n+1,b,i,j,k)＝a₁fy(1,b,i,j,k)+a₂fy(2,b,i,j,k)+…+a_tfy(t,b,i,j,k)+…+a_nfy(n,b,i,j,k)；

fz(n+1,b,i,j,k)＝a₁fz(1,b,i,j,k)+a₂fz(2,b,i,j,k)+…+a_tfz(t,b,i,j,k)+…+a_nfz(n,b,i,j,k)；

其中，a₁,a₂,…a_t,…a_n為拉格朗日插值基函數，且

所述步驟三中，通過基于擾動衰減規律的彈性變形技術對預估計算網格進行校正，校正后的網格點坐標表示如下：

其中，表示預估網格點坐標，表示靜態網格點隨物面邊界作剛性運動的瞬態坐標值，g表示網格點序號的函數；

其中，i_w,j_w,k_w表示物面網格點序號，i_f,j_f,k_f表示相應的遠邊界網格點序號。

作為本發明的進一步優選方案，步驟一中，所述多塊對接結構網格，二維情況下網格為四邊形，三維情況下網格為六面體。

作為本發明的進一步優選方案，步驟一中，所述拓撲結構相同包括物理域下的網格塊形式、網格塊數以及各網格塊各個方向上的網格點數都相同。

作為本發明的進一步優選方案，步驟二中，當預估的計算網格不滿足實際計算精度要求時，生成更多時刻下的靜態網格用來插值。