多孔介质LBM计算网格生成方法与流程

技术特征：

1.多孔介质lbm计算网格生成方法，其特征在于，包括步骤：

s1，获取多孔介质几何数模文件；

s2，根据多孔介质几何数模文件的所有表面单元各顶点的坐标来判断几何空间域的范围；

s3，根据lbm计算的网格规模和几何空间域的范围，计算lbm网格空间分辨率、物理求解域范围及各方向的网格节点数；

s4，根据多孔介质几何数模文件和lbm网格空间分辨率设置，计算多孔介质几何数模文件的各表面单元在lbm计算空间的区域范围；

s5，根据各表面单元在lbm计算空间j-k平面的自适应区域范围，然后将该区域范围内的方向射线还原为真实几何空间的方向射线，利用射线相交来判断与射线对应表面单元是否存在交点并标记；

s6，根据lbm计算空间方向射线的交点标记结果进行流/固求解域与边界的判断；

s7，根据交点排列的奇偶性对流/固区域进行区分；

s8，根据各表面单元在lbm计算空间k-i平面与i-j平面的自适应区域范围，分别再从j方向和k方向对lbm计算空间内的流/固区域与边界进行标识，进而完成lbm计算网格的生成。

2.根据权利要求1所述的多孔介质lbm计算网格生成方法，其特征在于，在步骤s1中，通过x-ct扫描设备获得多孔介质几何数模文件；所述多孔介质几何数模文件具有所有表面单元各顶点的空间坐标信息；其中，为表面单元编号，为表面单元顶点编号，下标和分别表示第个表面单元及该表面单元对应的第个顶点。

3.根据权利要求1或2任一所述的多孔介质lbm计算网格生成方法，其特征在于，在步骤s2中，通过寻找多孔介质几何数模文件的所有表面单元各顶点的x,y,z坐标的最大、最小值来判断几何空间域的范围；所述几何空间域的范围指的是x,y,z各方向的最长距离，采用如下公式计算：

。

4.根据权利要求3所述的多孔介质lbm计算网格生成方法，其特征在于，在步骤s3中，根据lbm计算的网格规模以及步骤s2中的几何空间域的范围，计算lbm物理求解域范围及各方向的网格节点数，在lbm网格空间分辨率满足

的基础上，几何空间域的范围包含于lbm物理求解域范围，即

并使lbm计算网格总节点数接近于设置的网格规模，即

此时，对应lbm计算空间的区域范围为、及；其中，、分别为lbm物理求解域x，y，z方向的总长度，、、分别为lbm计算空间i，j，k方向的网格节点数。

5.根据权利要求4所述的多孔介质lbm计算网格生成方法，其特征在于，

在步骤s4中，根据多孔介质几何数模文件及lbm网格空间分辨率设置，依次计算各表面单元在lbm计算空间的区域范围、及；其中，

同时，使得表面单元的各顶点包含于对应的lbm物理求解域，即

从而实现复杂三维几何模型在lbm计算空间的区域自适应；其中，为表面单元编号,为表面单元顶点编号，下标和分别表示第个表面单元及该表面单元对应的第个顶点，、分别为表面单元对应i方向最小及最大网格节点编号，、分别为表面单元对应j方向最小及最大网格节点编号，、分别为表面单元对应k方向最小及最大网格节点编号，、、分别表示表面单元对应顶点的x，y，z坐标。

6.根据权利要求5所述的多孔介质lbm计算网格生成方法，其特征在于，

在步骤s5中，根据各表面单元在lbm计算空间j-k平面的自适应区域范围

将该区域范围内的方向射线还原为真实几何空间的方向射线，对应的y、z坐标分别为

并利用射线相交法判断与对应表面单元是否存在交点；若存在交点，则计算相关交点的x坐标位置，并对lbm计算空间位置的i方向射线进行交点标记，即交点总数；若不存在交点，，交点坐标；按照上述方式依次完成所有表面单元适应区域范围内i方向射线的交点标记；其中，、分别表示在j-k平面选取i方向射线与表面单元进行交点判断的j编号与k编号，、分别表示在j-k平面选取i方向射线j、k编号对应的实际y，z坐标。

7.根据权利要求6所述的多孔介质lbm计算网格生成方法，其特征在于，

在步骤s6中，根据lbm计算空间方向射线的交点标记结果进行流/固求解域与边界的判断，包括如下步骤：

首先，将交点坐标()按从小到大的顺序进行重新排序，即

其次，将交点坐标转换为lbm计算空间的i编号，即

并指定对应lbm空间点为流/固边界。

8.根据权利要求1所述的多孔介质lbm计算网格生成方法，其特征在于，在步骤s1中，获得多孔介质几何数模文件，保存为stl或obj文件格式。

技术总结
本发明公开了多孔介质LBM计算网格生成方法，包括步骤：S1，获取多孔介质几何数模文件；S2，判断几何空间域的范围；S3，计算LBM物理求解域范围及各方向的网格节点数；S4，计算多孔介质几何数模文件的各固体骨架表面单元在LBM计算空间的区域范围；S5，判断固体骨架表面单元是否存在交点并标记；S6，进行流/固求解域与边界的判断；S7，根据交点排列的奇偶性对流/固区域进行区分；S8对LBM计算空间内的流/固区域与边界进行标识，进而完成LBM计算网格的生成等；本发明使得计算网格的生成能同时兼顾微细结构重建的真实性与网格空间分辨率的可调整性，能够提升LBM求解的灵活性与可靠性等。

技术研发人员：肖光明;杜雁霞;刘磊;张超;魏东;杨肖峰;向静;邱芷薇
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所
技术研发日：2021.04.19
技术公布日：2021.06.18