一种适用于大变形的分层动网格方法与流程

本发明涉及计算流体力学，更具体地，涉及一种适用于大变形的分层动网格方法。

背景技术：

1、在计算流体力学(cfd)计算中，当边界发生运动或变形时需要采用动网格方法对空间网格进行更新，当前动网格方法主要分为三类：网格变形方法、重叠网格(嵌套网格)方法、局部网格重构方法。网格变形法由于不改变原始网格的点数和拓扑关系，因此得到广泛应用，特别是在流固耦合计算中。

2、网格变形法通常包括：弹簧近似法、弹性体法、温度体法、径向基函数法等，此类方法一般适用于运动幅度较小或变形较小的情况，对于大变形以及附面层内网格长宽比较大的情况常常会失败，主要表现为网格交叉，变形越大越容易出现交叉。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种适用于大变形的动网格方法，避免网格交叉。该方法采用分层处理的策略，将体网格由物面至远场分为多层，由物面至远场分别依次对每一层进行动网格。本发明一方面提高了网格的大变形能力，同时由于采用分层处理，降低了动网格方程的矩阵规模，提高了计算效率。

2、作为本发明的第一个方面，提供一种适用于大变形的分层动网格方法，包括：

3、步骤s1：划分流场网格，包含物面边界、远场边界等；

4、步骤s2：计算网格几何信息，包括：网格点的最近物面距离、单元边长、单元体积等；

5、步骤s3：将体网格从物面向远场进行分层，并设置层号，靠近物面的为第1层，层号由物面向远场逐渐增大，共n层；

6、步骤s4：设置物面边界网格节点位移；

7、步骤s5：由靠近物面的第1层网格开始，依次对每层网格进行独立的动网格变形，获得变形后的体网格节点坐标；

8、步骤s6：将变形后的网格用于流场计算。

9、进一步地，步骤s3中所述将体网格从物面向远场进行分层，还包括：

10、分层后，相邻两层存在交界点，交界点同时属于交界两侧的层，交界点实现了相邻两层间变形数据的传递；

11、进一步地，步骤s3中所述将体网格从物面向远场进行分层，还包括：

12、采用以边为基准的方法进行分层，子步骤如下：

13、子步骤s3.1.1：将边上两点的物面最近距离的平均值作为该边的最近物面距离，记为d；

14、子步骤s3.1.2：设置分层距离值：d1,d2,…；

15、子步骤s3.1.3：将d≤d1的边作为第1层；

16、子步骤s3.1.4：将d1<d≤d2的边作为第2层，依次类推；

17、子步骤s3.1.5：根据每个点周围相连的边所属的层号，对点进行分层：

18、子步骤s3.1.6：该点相连的边属于同一层，则该点也属于这一层；

19、子步骤s3.1.7：该点相连的边部分属于第i层，部分属于第i+1层，则该点为第i层和第i+1层的交界点，该点同时属于第i层和第i+1层；

20、进一步地，步骤s3中所述将体网格从物面向远场进行分层，还包括：

21、采用以点为基准的方法进行分层，子步骤如下：

22、子步骤s3.2.1：将点的最近物面距离记为d；

23、子步骤s3.2.2：设置分层距离值：d1,d2,…；

24、子步骤s3.2.3：将d≤d1的边作为第1层；

25、子步骤s3.2.4：将d1<d≤d2的边作为第2层，依次类推；

26、子步骤s3.2.5：根据每条边上两个点所属的层号，对边进行分层：

27、子步骤s3.2.5.1：边上两点属于同一层，则该边也属于这一层；

28、子步骤s3.2.5.2：边上a点属于第i层，b点属于第i+1层，有两种处理方式，一种是统一将该边归属第i层，同时将b点设置为交界点，b点同时属于第i层和第i+1层；另一种是统一将该边归属第i+1层，同时将a点设置为交界点，a点同时属于第i层和第i+1层。

29、进一步地，步骤s3中所述将体网格从物面向远场进行分层，还包括：

30、采用以单元为基准的方法进行分层，子步骤如下：

31、子步骤s3.3.1：将单元上所有点的物面最近距离的平均值作为该单元的最近物面距离，记为d；

32、子步骤s3.3.2：设置分层距离值：d1,d2,…；

33、子步骤s3.3.3：将d≤d1的单元作为第1层；

34、子步骤s3.3.4：将d1<d≤d2的单元作为第2层，依次类推；

35、子步骤s3.3.5：根据每个单元的层号，对单元的组成点进行分层；

36、子步骤s3.3.6：根据每个单元的层号，对单元的组成边进行分层。

37、进一步地，步骤s3中所述将体网格从物面向远场进行分层，还包括：

38、直接在s1划分网格时，人为将网格单元进行分层。

39、进一步地，步骤s3中所述将体网格从物面向远场进行分层，还包括：

40、网格单元越扁、长宽比越大，分层越密；最简便的分层是将网格分为2层，附面层网格为第1层，附面层外网格为第2层；

41、进一步地，步骤s3中所述将体网格从物面向远场进行分层，还包括：

42、对于第i层，定义其与第i-1层的交界点为下边界，与第i+1层的交界点为上边界；

43、进一步地，步骤s5中所述依次对每层网格进行独立的动网格变形，还包括：

44、每层中下边界的变形为已知，由第i-1层确定；上边界的变形未知，动网格中将其当作内部点，不做边界处理；

45、第1层的下边界变形量由步骤s4中给定；第n层为最外层，其上边界为远场边界，其变形也由s4给定，一般为0。

46、进一步地，步骤s5中所述依次对每层网格进行独立的动网格变形，还包括：

47、各层的独立的动网格可采用弹簧近似法、弹性体法、温度体法等任一合适的方法。

48、本发明提供的一种适用于大变形的分层动网格方法具有以下优点：通过将体网格分层进行动网格，有利于物面变形向远场传递，减小外侧网格对内侧网格的挤压，避免大变形时网格出现交叉；分层处理后，降低了动网格方程的矩阵规模，线性方程组求解能更快收敛，提高了计算效率。

技术特征：

1.一种适用于大变形的分层动网格方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种适用于大变形的分层动网格方法，其特征在于，所述将体网格从物面向远场进行分层，还包括：

3.根据权利要求1所述的一种适用于大变形的分层动网格方法，其特征在于，所述将体网格从物面向远场进行分层，还包括：

4.根据权利要求1所述的一种适用于大变形的分层动网格方法，其特征在于，所述将体网格从物面向远场进行分层，还包括：

5.根据权利要求1所述的一种适用于大变形的分层动网格方法，其特征在于，所述将体网格从物面向远场进行分层，还包括：

6.根据权利要求1所述的一种适用于大变形的分层动网格方法，其特征在于，所述将体网格从物面向远场进行分层，还包括：

7.根据权利要求1所述的一种适用于大变形的分层动网格方法，其特征在于，所述将体网格从物面向远场进行分层，还包括：

8.根据权利要求1所述的一种适用于大变形的分层动网格方法，其特征在于，所述将体网格从物面向远场进行分层，还包括：

9.根据权利要求1所述的一种适用于大变形的分层动网格方法，其特征在于，所述将体网格从物面向远场进行分层，还包括：

10.根据权利要求1所述的一种适用于大变形的分层动网格方法，其特征在于，所述将体网格从物面向远场进行分层，还包括：

技术总结
本发明涉及计算流体力学技术领域，具体公开了一种适用于大变形的分层的动网格方法，包括：划分网格，包含物面边界、远场边界等；计算网格几何信息，包括：网格点的最近物面距离、单元边长、单元体积等；将体网格从物面向远场进行分层，并设置层号，靠近物面的为第1层，层号由物面向远场逐渐增大，共N层；设置物面边界网格节点位移；由靠近物面的第1层网格开始，依次对每层网格进行独立的动网格变形，获得变形后的体网格节点坐标；将变形后的网格用于流场计算。本发明提供的适用于大变形的分层动网格方法，能够避免物面大变形时动网格出现交叉，同时提高动网格方程求解的收敛速度。

技术研发人员：卢晓杨
受保护的技术使用者：无锡海思通科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13