[发明专利]基于全局加密的超大规模非结构网格生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于全局加密的超大规模非结构网格生成方法。

背景技术

在航空航天飞行器设计、流体机械、高速列车/汽车、风能和风工程等工业领域，流体力学是进行产品设计的主干学科。计算流体力学(CFD)是流体力学、计算数学、计算机的交叉学科，采用计算机对流体动力学方程进行仿真，从而得到空间流动，为产品设计提供依据。随着计算机的发展，CFD在工业产品的设计过程中正发挥越来越重要的作用。CFD计算的第一步是要进行网格生成，即将现实的三维空间离散成为四面体、六面体等单元。自上世纪50年代以来，网格生成技术得到了飞速的发展，从一开始的只能生成二维简单外形的网格，到如今能生成全尺寸飞行器的千万、甚至上亿数量网格。近年来，随着以“天河二号”、“神威.太湖之光”等为代表的超级高性能计算机的发展，国内外的计算机性能显著提高，在为CFD技术的发展提供充足动力的同时也带来了挑战，即这些超级计算机无一例外都要求计算软件具有并行化处理能力。遗憾的是，网格生成技术一直受限于其算法的特殊性，迄今为止，不管是商业软件还是国外的研究型代码，绝大部分都是串行程序。换句话说，目前在国内外都没有成熟的并行化网格生成技术。

对网格生成技术的并行化技术，目前还处于探索阶段，国外已经开始有一些相关文献可查。然而，这些网格生成技术都仅仅是只能并行生成某些特定类型的单元。例如，一些并行化算法通过对传统的Denaulay方法进行改造，只能并行生成四面体单元；另外一些是对传统的层推进(阵面推进)法进行改造后，只能生成棱柱单元。总之，目前还没有一种能适应于任意网格类型的并行化网格生成技术。此外，这些并行化算法还面临一个巨大的问题，即在给定边界条件下，难以生成上百亿量级的超大规模网格。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出了一种基于全局加密的超大规模非结构网格生成方法，可以利用千核量级的计算机资源，生成上百亿量级的任意类型网格单元(如四面体/三棱柱/六面体/金字塔等)。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于全局加密的超大规模非结构网格生成方法，包括如下步骤：

步骤一、在初始网格单元的基础上，将所有网格单元剖分加密；

步骤二、对剖分加密后的网格单元进行物面保形；

步骤三、采用并行化的径向基函数方法实现空间点变形。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

1、由于采用了基于全局初始网格加密的方式，因此可以并行化生成任意类型的网格单元；

2、只要有足够的计算机资源，就可以不断加密，生成任意超大规模的网格；

3、本发明的方法是在初始网格上不断“全局加密-物面投影-空间变形”生成，因此效率极高。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明方法的流程图；

图2为全局网格剖分加密示意图；

图3为物面保形示意图；

图4为空间点变形示意图；

图5为并行化的径向基函数方法的流程图。

具体实施方式

一种基于全局加密的超大规模非结构网格生成方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤一、全局网格剖分加密：在初始网格单元的基础上，将所有网格单元剖分加密。

如图2所示，图中的加粗线条表示并行计算过程中的分区的边界，其中初始网格是分区后被分配至每个进程的，每个进程上有1个或多个子区；剖分加密按照CGNS数据结构中给定的剖分方式进行，例如，将1个六面体剖分为8个六面体，1个三棱柱剖分为6个三棱柱。这样的剖分方式能基于任意的初始网格实现大规模网格的并行生成。

步骤二、物面保形：

进行物面保形前后的图如图3所示，图中以圆形代表物体外形，加粗线条表示并行计算过程中的分区的边界，保形前物面是由线段构成的，保形后物面是完全真实的外形。将步骤一中物面边界上新添加的不处于CAD几何上的点p_i做保形处理，使点p_i投影到CAD几何上得到新投影的物面点p_i’。并且物面点的投影是并行处理的，每个进程分别读入数模，并将各自的子区上的物面点投影。物面保形调用了开源软件OpenCascade将物面上新添加的点投影到几何上，使得新的网格的物面边界能完全真实地代表实际的物体外形。

添加点的方式是按照步骤一中的方法，根据CGNS数据结构(行业标准)，直接在每条线段中点上添加新的点。