[發明專利]基于變量差及相對位移的r型網格自適應移動方法及設備

有效

• 申請號: 202110275460.5
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN112665820B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 龔小權;李明;馬戎;付云峰;張培紅;崔鵬程;趙輝;何協;唐靜;程鋒;周乃春;賈洪印
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心計算空氣動力研究所
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 徐靜

本發明公開了一種基于變量差及相對位移的r型網格自適應移動方法及設備，以歸一化網格點的變量差以及網格點相對位移量這兩類參數作為計算網格點移動的權函數，通過加入網格點相對位移量這一權函數，實現網格點的跟隨移動。歸一化消除所述兩類參數的量值及量綱對網格點移動量影響，以所述兩類參數形成新的組合權值，以此確定激波附近網格點的位移，并將激波附近網格點的位移信息向網格點的相鄰網格點傳遞，實現激波附近的幾排網格點都同步向激波位置移動。本發明通過歸一化物理量以及網格點位置移動量，消除兩類參數量值及量綱對網格點移動量影響，可有效實現激波處網格點向激波位置靠近，同時能夠保證激波附近的幾排網格點都同步向激波位置移動。

技術領域

本發明涉及計算流體力學技術領域，尤其涉及一種基于變量差及相對位移的r型網格自適應移動方法及設備。

背景技術

當前計算流體力學中的網格生成工作已成為工程師數值模擬飛行器內外流場時的主要工作之一。網格分布合理性直接影響流場分辨率以及模擬精度，因此CFD工程師在生成網格時需要對當前模擬工況的流場特征有較高認識和理解，包括激波位置、分離區位置和大小等。不同CFD工程師生成的網格分布不一致，導致數值模擬結果有差別，如何減弱網格分布對計算結果的影響是計算流體力學的一個重要研究內容。

網格自適應作為一種依據流場特征自動調整網格分布的方法，通過在數值模擬過程中不斷動態調整初始生成的計算網格的分布，實現在流場突變區域的網格自動加密來捕捉流場中的復雜結構，提高流場分辨率和計算精度，能夠減弱網格分布對計算結果的影響。

r型網格自適應方法作為網格自適應中的一種方法，通過合理移動網格點位置來實現網格自適應分布，在自適應過程中網格單元的連接關系和網格的空間拓撲結構始終保持不變，流場解算軟件針對自適應后的網格不需要調整網格數據結構、不必考慮并行動態負載平衡等問題。r型網格自適應能夠自動捕捉流場中的復雜結構，減弱網格分布對計算結果的影響。

r型網格自適應中的關鍵技術是如何計算每個網格點的移動量，實現強間斷例如激波附近網格點逐步向流場中的強間斷方向移動和聚集。傳統r型網格自適應方法以網格點與周圍網格點的變量差如壓力、密度、溫度為權函數，通過加權周圍網格點的位置矢量獲得網格點位移。這種移動計算方法能夠實現網格點向激波移動，但是位于激波同側與網格點相連的第二層網格點移動量很小，最終結果是只加密了跨過激波的一層網格，激波附近網格沒有跟隨加密，流場分辨率有限提升。以附圖1為例，0、1、2、3、4表示網格單元編號，a、b、c、d、e、f表示網格點編號，此時激波穿過0,4,3三個網格單元。激波前后的變量如密度和壓力間斷，網格點a與網格點d的壓力值差別很大，而與網格點b的壓力值差別小，如果只以壓力差作為計算網格點移動的權函數，那么網格點a、d向激波移動，但是與網格點a同側的網格點b則向激波的移動量很小。

基于以上原因，需要探索r型網格自適應的網格點移動位移計算方法，實現激波附近網格點以及相鄰幾層網格點同步向激波靠近。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出一種基于變量差及相對位移的r型網格自適應移動方法及設備，技術方案如下：

一種基于變量差及相對位移的r型網格自適應移動方法，以歸一化網格點的變量差以及網格點相對位移量這兩類參數作為計算網格點移動的權函數，通過加入網格點相對位移量這一權函數，實現網格點的跟隨移動；歸一化消除所述兩類參數的量值及量綱對網格點移動量影響，以所述兩類參數形成新的組合權值，以此確定激波附近網格點的位移，并將激波附近網格點的位移信息向網格點的相鄰網格點傳遞，實現激波附近的幾排網格點都同步向激波位置移動。

進一步的，以壓力這一物理量作為特征變量，計算網格中每個網格點的變量值，包括以下步驟：

步驟一：基于距離權計算所有網格點的壓力；

步驟二：統計所有網格點的壓力最大值和壓力最小值；

步驟三：根據所有網格點的壓力最大值和壓力最小值歸一化網格點上的壓力；