[发明专利]一种在圆柱螺旋缠绕体表面生成CFD网格的方法

说明书

技术领域

本发明属于数值模拟领域，特别涉及一种在圆柱螺旋缠绕体表面生成CFD网格的方法。

背景技术

圆柱通常用于诸如斜拉桥的拉索、架空输电线路的导线及海上钻井平台的立柱、地下换热器等。在上述应用领域中，圆柱不可避免的遭受诸如风吹、水流的作用。流体流过圆柱或者圆柱群时，其产生的非定常绕流包含了丰富的流动现象，如边界层分离与再附、尾迹的三维效应、上下游圆柱的流动干扰等。流动干扰作用使得圆柱群的流动现象非常复杂，其非定常荷载也难以准确预测。为此，人们研究了采用诸如螺旋缠绕方式来抑制圆柱的非定常荷载，从而降低风吹、水流产生的振荡激励。

由于不同的缠绕方式(缠绕物形状、个数、螺距)对非定常气动荷载的抑制效果不同，而且圆柱的非定常流动特性随雷诺数的变化而改变，所以对于每个工程应用，均需要借助于风洞试验或者水洞试验开展相关研究工作。为了更深入的探究螺旋缠绕体对圆柱非定常荷载的抑制机理及对热交换效率的增强机理，研究人员也借助于CFD(ComputationalFluidDynamics，计算流体动力学)方法开展了相关研究工作。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

在现有技术中，圆柱螺旋缠绕体的网格均基于非结构网格模式生成，即使在近壁面区域采用棱柱层来处理，得到的数值模拟结果的精度与完全结构化网格之间也存在一定差距，并且非结构网格的单元数量明显高于完全结构化网格，会增加计算量、降低计算效率。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种在圆柱螺旋缠绕体表面生成CFD网格的方法，其特征在于，所述在圆柱螺旋缠绕体表面生成CFD网格的方法，包括：

获取圆柱螺旋缠绕体的截面图形；

根据所述截面图形，生成二维完全结构化网格；

将所述圆柱螺旋缠绕体的螺距平分为预设数量的分段，在所述二维完全结构化网格中以所述圆柱螺旋缠绕体中的圆柱轴线为转轴进行旋转拉伸处理，得到处理后的三维完全结构化网格；

在所述三维完全结构化网格外的空间中，构建长方体计算区域，在所述计算区域中，去除直径与所述截面直径相等的圆柱体区域，对剩余的计算区域生成完全结构化网格，得到外部计算区域网格；

将所述三维完全结构化网格与所述外部计算区域网格进行搭接装配，得到整体计算网格，在所述整体计算网格内的所述三维完全结构化网格与所述外部计算区域网格的交界面处，进行数据交互。

可选的，所述截面图形垂直于所述圆柱螺旋缠绕体中圆柱的轴心。

可选的，所述将所述圆柱螺旋缠绕体的螺距平分为预设数量的分段，在所述二维完全结构化网格中以所述圆柱螺旋缠绕体中的圆柱轴线为转轴进行旋转拉伸处理，得到处理后的三维完全结构化网格，包括：

将所述圆柱螺旋缠绕体的螺距L平分为N段；

在所述二维完全结构化网格中以所述圆柱螺旋缠绕体中的圆柱轴线为转轴进行旋转拉伸处理，每次旋转高度增加L/N，每次旋转角度为360°/N；

经过N次旋转拉伸处理后，得到高度为L、共N层的三维完全结构化网格。

可选的，所述在所述整体计算网格内的所述三维完全结构化网格与所述外部计算区域网格的交界面处，进行数据交互，包括：

在所述三维完全结构化网格与所述外部计算区域网格的交界面处，使用质量守恒、动量守恒和能量守恒原理，实现质量、动量与能量在所述三维完全结构化网格与所述外部计算区域网格之间进行数据交互。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

相对于现有技术采用非结构化网格进行离散，不但可以有效改善对壁面流动的模拟精度，而且能够有效降低空间网格数量，缓解计算压力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种在圆柱螺旋缠绕体表面生成CFD网格的方法的流程示意图；

图2(a)是本发明提供的一种在圆柱螺旋缠绕体表面生成CFD网格的方法的垂直于圆柱轴线的截面形状一的结构示意图；

图2(b)是本发明提供的一种在圆柱螺旋缠绕体表面生成CFD网格的方法的垂直于圆柱轴线的截面形状二的结构示意图；

图2(c)是本发明提供的一种在圆柱螺旋缠绕体表面生成CFD网格的方法的垂直于圆柱轴线的截面形状三的结构示意图；