[发明专利]一种特大变形动态网格生成方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种特大变形动态网格生成方法，涉及计算流体力学技术领域。

背景技术

计算流体力学(CFD)是通过数值方法求解流体力学控制方程，得到流场的离散的定量描述，并以此预测流体运动规律的学科。在计算流体力学数值模拟中，需要将流场区域离散，即生成网格。网格生成的速度和质量决定了数值模拟的时间和精度，它对数值模拟的重要性不言而喻。随着计算流体力学的飞速发展，高质量、快速的动态网格生成技术成为了开展动边界非定常问题数值模拟研究的关键。

迄今为止，国内外的计算流体力学学者已经发展出了多种动态网格生成技术。传统的基于单套静态网格的各种动态网格技术其基本思想是保持网格拓扑结构不变，令远场边界保持静止，结构边界由物体运动规律给定，内场网格通过插值生成，但其只适用于小变形情况，特大变形下不易保证变形后的网格质量，甚至会出现网格交错现象，导致非定常计算失败。为进一步适应工程实际的需要，动态网格生成技术应该向通用性好、变形能力强和动态网格质量高等方向不断发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，基于多块对接结构网格，提供一种特大变形动态网格生成方法，用多套拓扑结构相同的静态网格插值出随时间变化的全流场动态网格。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种特大变形动态网格生成方法，包括以下步骤：

步骤一、基于多块对接结构网格，选择不同时刻下的变形位置，生成相应的拓扑结构相同的静态网格；

步骤二、根据步骤一中生成的静态网格，预估计算出任意时刻下的计算网格；

步骤三、对步骤二中生产的计算网格进行校正；

步骤四、将步骤三中得到的校正网格用于非定常计算，得到随时间变化的全流场动态网格。

作为本发明的进一步优选方案，在所述步骤一中，设定选择n个时刻下的变形位置，将其中第t个时刻下网格点坐标记为：

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

其中，1≤t≤n，b表示网格点所在的网格块号，i,j,k表示网格点在网格块三个方向的序号；

所述步骤二中，通过拉格朗日插值算法，预估计算任意时刻下的计算网格，预估计算网格中的网格点坐标表示如下：

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为拉格朗日插值基函数，且

所述步骤三中，通过基于扰动衰减规律的弹性变形技术对预估计算网格进行校正，校正后的网格点坐标表示如下：

其中，表示预估网格点坐标，表示静态网格点随物面边界作刚性运动的瞬态坐标值，g表示网格点序号的函数；

其中，i_w,j_w,k_w表示物面网格点序号，i_f,j_f,k_f表示相应的远边界网格点序号。

作为本发明的进一步优选方案，步骤一中，所述多块对接结构网格，二维情况下网格为四边形，三维情况下网格为六面体。

作为本发明的进一步优选方案，步骤一中，所述拓扑结构相同包括物理域下的网格块形式、网格块数以及各网格块各个方向上的网格点数都相同。

作为本发明的进一步优选方案，步骤二中，当预估的计算网格不满足实际计算精度要求时，生成更多时刻下的静态网格用来插值。