[发明专利]基于壁面距的高效重叠网格并行装配方法

说明书

本发明公开了一种基于壁面距的高效重叠网格并行装配方法。该部件流场计算方法包括：并行读取各部件的网格文件；标记各网格节点的所属部件网格；基于节点所属网格标记数组和预设参考距离计算各网格节点相对于所有部件的壁面距；基于壁面距和节点所属网格标记数组对所有的网格节点进行分类，得到活动节点和非活动节点；基于物面信息和预设参考距离，采用基于辅助网格的方法排除物面内背景网格中的活动节点；构造插值节点并搜索各插值节点的宿主单元；挖去部件网格中的非活动节点得到并行装配重叠网格；基于并行装配重叠网格、更新后的活动节点、插值节点和宿主单元计算各部件的流场。本发明能减少搜索点的数量，提高部件流场计算效率。

技术领域

本发明涉及流场计算领域，特别是涉及一种基于壁面距的高效重叠网格并行装配方法。

背景技术

在计算流体力学中对于复杂外形流场，特别是具有多个运动部件的流场的计算一直是一个难题，重叠网格技术为这一困难提供了一个优雅的解决方案。重叠网格技术首先分别生成各个外形部件的网格，或结构网格、或非结构网格、或笛卡尔网格，且各网格之间存在重叠区域。在此基础上，通过相关的准则将不同网格的重叠部分挖去，并在不同网格交界面构造插值单元进行网格间流场信息的传递。

一般而言，重叠网格技术目前主要分为显式挖洞技术和隐式挖洞技术。显式挖洞技术一般网格挖洞的各步骤均需显式地执行，虽不同方法的重叠网格装配步骤可能不同，但大体上为定义活动节点和非活动节点，定义插值边界以及查询点，对查询点搜索宿主单元，挖掉非活动节点之后便可进行流场求解。

隐式网格挖洞技术主要为对于某网格中的一个网格点，首先搜索该点在不同网格中宿主单元，通过对不同宿主单元与该点所在网格的网格质量进行比较，选取网格质量最好的单元作为流场求解单元。隐式挖洞无需显式地执行网格分类的步骤，通过对网格质量对比的过程，网格分类已经隐式地完成了，并且无需计算显式挖洞中很多挖洞之前的准备工作，如求壁面距等。隐式挖洞技术由于需要对所有的点进行宿主单元的搜索，且宿主单元的搜索本身复杂且较为耗时，并且由于其对活动节点和非活动节点的判断仅仅基于网格质量的对比，因此，在网格挖洞过程中容易形成“孤岛”，这对仿真结果的影响很大，有可能导致计算结果收敛速度降低甚至导致结果发散。

对于不存在部件之间相对运动的外形，挖洞过程只需要执行一次即可，但对于存在相对运动的几何外形，由于几何外形随时间变化，导致不同几何部件网格的重叠范围也在变化，因此计算网格需要随着时间迭代重新挖洞，这就对网格挖洞的效率提出了考验。在重叠网格中，对整个程序执行效率影响较大的部分为宿主单元的搜索以及如何通过相关准则对网格节点进行分类。

目前重叠网格方法已经有了很多软件包，如PUNDIT、overflow、SUGGAR++、CHIMPS等。它们采用的方法可能不尽相同，就目前的软件中显式挖洞和隐式挖洞技术都有采用，它们各自都有各自的优势，但也有缺陷，较为普遍的缺陷是不能并行处理网格挖洞。对于大规模的并行流场求解，串行处理将会导致整体计算效率的直接降低，因此进行并行网格挖洞是非常有必要的。不过就目前而言，针对并行网格挖洞技术的研究仍较少。