[發(fā)明專利]包含任意流固界面非定常不可壓流動數(shù)值模擬方法及設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010736272.3
• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN111859825B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘天宇;李秋實(shí);蘇冠廷;鄭孟宗
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F111/10
• 代理公司: 北京鼎承知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11551
• 代理人: 柯宏達(dá);邱志勇

本公開提供一種包含任意流固界面非定常不可壓流動數(shù)值模擬方法及設(shè)備，方法包括使用非貼體網(wǎng)格正確識別流固界面；施加流固邊界條件。前者包括：使用笛卡爾網(wǎng)格離散計(jì)算域，使用曲線坐標(biāo)離散描述流固界面；描述界面?網(wǎng)格關(guān)系，明確界面附近網(wǎng)格點(diǎn)所處空間域的信息，標(biāo)識為對應(yīng)網(wǎng)格點(diǎn)的空間域旗標(biāo)；基于空間域旗標(biāo)，明確所有網(wǎng)格點(diǎn)相對流固界面的位置信息，標(biāo)識為對應(yīng)網(wǎng)格點(diǎn)的網(wǎng)格線旗標(biāo)。后者包括：基于信息重構(gòu)算法，根據(jù)網(wǎng)格線旗標(biāo)調(diào)整界面附近網(wǎng)格點(diǎn)的空間離散模板，以在空間離散控制方程時植入當(dāng)?shù)亓鞴探缑孢吔鐥l件；控制方程的時間離散采用標(biāo)準(zhǔn)的時間分步格式。本公開的方法具有良好通用性和更高計(jì)算效率，且不犧牲準(zhǔn)確度。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及計(jì)算流體力學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于包含任意流固界面的非定常不可壓流動的快速準(zhǔn)確數(shù)值模擬方法及計(jì)算設(shè)備。

背景技術(shù)

借助計(jì)算流體力學(xué)(computational fluid dynamics，CFD)方法模擬圍繞物體的非定常流動是許多工程研究設(shè)計(jì)工作中的重要環(huán)節(jié)。為提高計(jì)算模擬結(jié)果對實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用的參考價值，所模擬的物體外形往往需要與真實(shí)情況大致吻合，因此這些模擬問題中的流固界面往往較為復(fù)雜。在計(jì)算機(jī)算力得到極大提升的今天，使用傳統(tǒng)的計(jì)算流體力學(xué)方法仍需要首先構(gòu)建生成貼合復(fù)雜流固界面的計(jì)算網(wǎng)格，而后采用更為繁瑣的控制方程離散方法實(shí)現(xiàn)數(shù)值模擬。隨著仿真性要求的提升，所處理的流固界面具有更高的幾何復(fù)雜性，以上兩個問題導(dǎo)致采用傳統(tǒng)CFD方法的數(shù)值模擬方案所消耗的計(jì)算資源也會相應(yīng)地提升。而且，根據(jù)不同問題中的流固界面，需要構(gòu)建不同的網(wǎng)格，采用不同的控制方程離散方法，這導(dǎo)致數(shù)值模擬方案具有對流動模擬對象的特殊性，而不具備一般普適性。

采用傳統(tǒng)CFD方法來模擬復(fù)雜流固界面的非定常流動，計(jì)算資源消耗大、不具有通用性，在一定程度上限制了使用CFD方法對包含復(fù)雜流固界面的非定常流動問題進(jìn)行數(shù)值模擬仿真。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決或者至少緩解上述技術(shù)問題中的至少一個，本公開提供了一種適用于包含任意流固界面的非定常不可壓流動的數(shù)值模擬方法及計(jì)算設(shè)備。

根據(jù)本公開的一個方面，一種包含任意流固界面非定常不可壓流動數(shù)值模擬方法，包括：

使用笛卡爾網(wǎng)格識別流固界面，包括：

使用笛卡爾網(wǎng)格離散描述模型問題的計(jì)算域，使用曲線坐標(biāo)離散描述流固界面；以及

描述界面-網(wǎng)格關(guān)系，明確界面附近網(wǎng)格點(diǎn)所處空間域的信息，標(biāo)識為對應(yīng)網(wǎng)格點(diǎn)的空間域旗標(biāo)；以及

基于空間域旗標(biāo)，明確所有網(wǎng)格點(diǎn)相對流固界面的位置信息，標(biāo)識為對應(yīng)網(wǎng)格點(diǎn)的網(wǎng)格線旗標(biāo)；以及

施加流固界面邊界條件，包括：

根據(jù)網(wǎng)格線旗標(biāo)，進(jìn)行信息探測操作，調(diào)整流固界面附近網(wǎng)格點(diǎn)的空間離散模板，以在空間離散控制方程時植入當(dāng)?shù)亓鞴探缑孢吔鐥l件；以及

對空間離散處理后的流動控制方程進(jìn)行時間推進(jìn)。

根據(jù)本公開的至少一個實(shí)施方式，所述根據(jù)網(wǎng)格線旗標(biāo)，進(jìn)行信息探測操作，調(diào)整流固界面附近網(wǎng)格點(diǎn)的空間離散模板，包括：

當(dāng)某個網(wǎng)格點(diǎn)處于流體域，存在包含在該網(wǎng)格點(diǎn)空間離散模板中的相關(guān)網(wǎng)格點(diǎn)不處于流體域的情況時，采用信息重構(gòu)算法進(jìn)行信息探測。

根據(jù)本公開的至少一個實(shí)施方式，所述采用信息重構(gòu)算法進(jìn)行信息探測包括：

根據(jù)位于流體域的該網(wǎng)格點(diǎn)的流場信息以及交點(diǎn)的流場信息，沿網(wǎng)格線方向進(jìn)行線性外推插值得到該相關(guān)網(wǎng)格點(diǎn)的虛擬流場信息；

所述交點(diǎn)為該網(wǎng)格點(diǎn)與該相關(guān)網(wǎng)格點(diǎn)之間的網(wǎng)格線與所述流固界面的交點(diǎn)。