[發(fā)明專利]一種基于各向異性體調(diào)和場(chǎng)的附面層網(wǎng)格生成方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011470101.7
• 申請(qǐng)日: 2020-12-15
• 公開（公告）號(hào): CN112613206B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭曉朋;朱一鳴;王勝法;雷娜;羅鐘鉉;陳富衛(wèi);王永杰;張帆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G06F30/28;G06F111/10
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

本發(fā)明公開一種基于各向異性體調(diào)和場(chǎng)的附面層網(wǎng)格生成方法，屬于計(jì)算流體力學(xué)、數(shù)值模擬仿真、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、與制造技術(shù)領(lǐng)域。首先采用閔科夫斯基和的邊界曲面網(wǎng)格構(gòu)造求解體調(diào)和場(chǎng)時(shí)所需的四面體背景網(wǎng)格，然后根據(jù)需求自動(dòng)化地添加各向異性張量，并在張量的控制下計(jì)算各向異性體調(diào)和場(chǎng)，最后結(jié)合特殊的加權(quán)拉普拉斯平滑計(jì)算生成附面層網(wǎng)格所需的前進(jìn)方向。本發(fā)明基于閔科夫斯基和邊界曲面網(wǎng)格構(gòu)造四面體背景網(wǎng)格的策略降低了計(jì)算耗時(shí)和內(nèi)存浪費(fèi)，通過(guò)自動(dòng)化添加各向異性張量能夠可控地局部調(diào)節(jié)附面層網(wǎng)格厚度，結(jié)合特殊的加權(quán)拉普拉斯光滑對(duì)前進(jìn)方向進(jìn)行優(yōu)化顯著地提高了附面層網(wǎng)格的生成質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計(jì)算流體力學(xué)、數(shù)值模擬仿真、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，以及制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于各向異性體調(diào)和場(chǎng)生成附面層網(wǎng)格的方法，適用于復(fù)雜曲面的附面層網(wǎng)格生成。通過(guò)張量對(duì)體調(diào)和場(chǎng)的控制，使其誘導(dǎo)生成的附面層網(wǎng)格更具有靈活性和可控性。

背景技術(shù)

附面層是高雷諾數(shù)繞流中緊貼物面的粘性力不可忽略的流動(dòng)薄層，而附面層網(wǎng)格的質(zhì)量直接決定著數(shù)值模擬效果的好壞。在高雷諾數(shù)流動(dòng)的氣動(dòng)模擬中，必須采用垂直于物體的層狀各向異性棱柱網(wǎng)格來(lái)捕捉粘性壁面附近的附面層。粘性壁面周圍的棱柱網(wǎng)格生成一直是計(jì)算流體力學(xué)、數(shù)值模擬仿真、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造技術(shù)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。棱柱網(wǎng)格生成的主流方法有兩種：前沿結(jié)點(diǎn)推進(jìn)方法，基于求解偏微分方程方法。但是已有的方法一般不考慮各向異性的問題，即每一層增長(zhǎng)的厚度基本都一樣，面對(duì)一些特殊的數(shù)值模擬需求時(shí)，各向同性很難捕捉一些微小的物理特征。如何使得生成棱柱網(wǎng)格更具有靈活性和可控性，是附面層網(wǎng)格研究的重心。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述的問題，本發(fā)明提出一種基于各向異性體調(diào)和場(chǎng)生成附面層網(wǎng)格的方法。本方法屬于基于求解偏微分方程生成附面層網(wǎng)格，包含3個(gè)發(fā)明內(nèi)容：

1.基于閔可夫斯基和的邊界曲面網(wǎng)格構(gòu)造，以及附面層空間的四面體背景網(wǎng)格(離散計(jì)算域)生成。

2.基于局部張量控制的各向異性體調(diào)和場(chǎng)的計(jì)算。

3.基于各向異性體調(diào)和場(chǎng)計(jì)算的前進(jìn)距離和前進(jìn)方向的附面層網(wǎng)格(棱柱網(wǎng)格)生成策略。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種基于各向異性體調(diào)和場(chǎng)的附面層網(wǎng)格生成方法，步驟如下：

(1)基于閔可夫斯基和的邊界曲面網(wǎng)格構(gòu)造，以及附面層空間的四面體背景網(wǎng)格(離散計(jì)算域)生成，具體步驟如下：

a)輸入原始曲面網(wǎng)格(一般為三角形網(wǎng)格或者四邊形網(wǎng)格)和半徑為r(一般取值為能夠包裹原始曲面網(wǎng)格的最小長(zhǎng)方體的對(duì)角線長(zhǎng)度乘以一個(gè)系數(shù)c，c一般取值在[0.05,0.3])的球網(wǎng)格，計(jì)算閔可夫斯基和的邊界曲面網(wǎng)格。

b)對(duì)初步得到的閔可夫斯基和的邊界曲面網(wǎng)格執(zhí)行網(wǎng)格優(yōu)化處理，包含非流形消除和自相交消除，最終得到二維流形的邊界曲面網(wǎng)格。

c)定義附面層空間為：計(jì)算得到的閔可夫斯基和的邊界曲面網(wǎng)格與原始曲面網(wǎng)格(物面)之間的空間。

d)對(duì)附面層空間使用軟件TetGen進(jìn)行四面體網(wǎng)格剖分，檢測(cè)四面體背景網(wǎng)格中是否存在四面體單元的四個(gè)點(diǎn)同時(shí)位于附面層空間的邊界曲面網(wǎng)格上。如果存在則進(jìn)行細(xì)分，直到無(wú)上述情況出現(xiàn)。