[发明专利]一种基于混合网格的复杂结构气动热环境分析方法及系统

权利要求书

1.一种基于混合网格的复杂结构气动热环境分析方法，其特征在于包括：

开展CFD数值计算之前，对待计算模型及外场进行几何前处理；

选择表面网格单元类型，设置表面网格单元参数，进行几何表面网格绘制；

进行体网格绘制，形成混合网格；

基于所述混合网格，进行气动热环境数值模拟；

基于气动热环境数值模拟结果，进行网格优化；

基于优化后的网格重新进行气动热环境数值模拟，判断模拟结果是否满足要求，若不满足则继续优化网格；若满足，则认为已经获得收敛的气动热环境结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于混合网格的复杂结构气动热环境分析方法，其特征在于：所述对待计算模型及外场进行几何前处理，包括：

针对待计算模型的前处理，使用三维建模工具清除参考面、参考线，封闭不必要的缝隙结构；

针对外场的前处理，首先根据侧滑角是否为0选择全模或者半模方案之一，即：若待评估的流动状态侧滑角为0，则绘制半椭球或长方体外场，并绘制对称面；若待评估的流动状态侧滑角不为0，则绘制椭球或长方体外场；

确定流动计算域，流动计算域的所有包围面均确认是否封闭，编辑所有不封闭的面，直至流动计算域被封闭面包围。

3.根据权利要求1所述的一种基于混合网格的复杂结构气动热环境分析方法，其特征在于：所述选择表面网格单元类型，设置表面网格单元参数，进行几何表面网格绘制，包括：

选择表面网格单元类型：针对混合网格，选择全三角形单元、四边形单元为主或者全四边形单元；针对飞行器前缘、唇口、舵轴，选择全四边形单元；针对其余一般表面，视几何特点自由选择；

设置表面网格单元参数：表面网格单元的长细比设置在1.8以下，前缘、唇口、舵轴区域设置超过1.8。

4.根据权利要求3所述的一种基于混合网格的复杂结构气动热环境分析方法，其特征在于：使用网格绘制工具软件进行几何表面网格绘制。

5.根据权利要求1所述的一种基于混合网格的复杂结构气动热环境分析方法，其特征在于：所述进行体网格绘制，包括：

绘制物面近壁网格，物面近壁区绘制棱柱层或六面体层；

绘制远场网格，远场网格单元类型选择四面体或六面体；在预估可能出现流动分离、激波、剪切层的区域将网格加密，这些区域网格单元尺寸设置为其他区域尺寸的0.2倍以下；远场网格单元的最大偏折角小于170度，对于缝隙类结构，设置缓冲层，避免缝隙两侧物面近壁网格间距过小。

6.根据权利要求5所述的一种基于混合网格的复杂结构气动热环境分析方法，其特征在于：物面首层网格高度Δn满足Re_cell≤10；

Re_cell＝ρ·u·Δn/μ

式中：ρ为流体密度，u为流体速度，Δn为壁面法向第一层网格高度，即物面首层网格高度；μ为流体动力粘度；Re_cell为网格单元判断量；

物面近壁区网格法向高度增长率小于1.2，物面近壁区网格层数至少20层。

7.根据权利要求1所述的一种基于混合网格的复杂结构气动热环境分析方法，其特征在于：所述基于所述混合网格，进行气动热环境数值模拟，包括：

使用求解器，基于混合网格开展气动热环境数值模拟：空间离散采用二阶迎风格式，优先选取经过飞行试验、地面试验验证过的数值格式；CFL数采取从小到大逐步渐进过渡，保持计算稳定；时间离散格式采用隐式格式进行处理；湍流模型优先选择两方程SST模型，并进行可压缩性修正；数值模拟采用并行求解方式加速求解；

判断流动收敛性：数值残差下降3个数量级后，流动收敛。