[发明专利]一种超大规模计算网格重构方法

说明书

本发明公开了一种超大规模计算网格重构方法,采用耦合空间网格和边界条件进行全场联合解析的方式获取各块网格的标志点，完全真实还原原始网格的关键信息；并在此基础上采用动态内存分配技术进行各块独立重构，避免了网格过大造成内存溢出的这一商业软件通病，使得利用个人电脑获得超大规模（百亿级以上）计算网格变为可能；通过统一管理全场网格的关联信息，可以在个人电脑上实现大型计算机集群才能获得的超大规模计算网格，目前本技术发明人已经在普通电脑上获得了千亿级复杂外形的高质量计算网格，而商业软件在同一台电脑上只能获得2‑4亿级计算网格。

技术领域

本发明涉及计算领域，尤其涉及一种超大规模计算网格重构方法。

背景技术

对目前的计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)来说，尽管各种非结构和混合网格方法发展迅猛，但是传统的结构网格方法依然处于主流地位。然而结构网格方法中计算网格的生成是一项非常重要而且相当耗时的工作，从实际使用来看，计算网格的规模和壁面附近边界层内网格的密度对流场数值模拟的结果有着举足轻重的影响，即便网格拓扑结构适当，如果没有足够的规模和密度，也很可能导致计算结果与实际情况差距较大，对于目前被广泛运用的雷诺平均NS方程（RANS），到底需要多大的网格规模才能获得更接近于真实流场的模拟结果，也是一个被广为讨论和研究的问题，为此CFD领域还专门出现了一个被称为“网格收敛性”的专项验证内容：采用一系列相同拓扑结构但是不同规模和密度的计算网格对同一个流场状态进行模拟，并逐步将网格加得非常细密，以至于RANS控制方程对这个状态无法获得更加精细的流场结构，最后流场解趋于收敛。但是要获得这个收敛过程并不容易，特别是在网格拓扑结构不变的情况下，怎样不改变原始网格正交性和光滑性同时均匀地对网格进行加密是一个亟待解决的问题。

现有的计算网格生成工作一般是通过具有图形界面的商业网格生成软件来实现的，典型的商业软件包括pointwise，ICEM，gridpro等等。然而此类商业软件都有一个共同的缺陷是，当需要生成超大规模计算网格时，要么由于内存需求过大导致无法生成，要么因为算法不适用而导致软件崩溃，对商业网格软件来说，数亿网格单元量级的计算网格还勉强可以输出，但是当规模达到十亿，百亿甚至千亿时，商业软件已经完全无能为力了。这就给网格生成工作制造了一个明显的瓶颈，也给超大规模的CFD数值模拟工作带来了巨大的困扰。

发明内容

本发明基于主流商业软件的边界条件格式（兼容pointwise和ICEM），对结构网格提出了一种计算网格重构方法，其目的在于：

第一：能够在不改变网格拓扑的情况下对计算网格进行空间和表面重构，均匀缩小或者增大网格规模，为CFD的流场求解提供一系列疏密不同的计算网格；

第二：大大降低网格收敛性计算的网格生成的工作量，只要生成一套基准网格，再利用本方法进行缩放，就可以获得一系列不同规模的满足网格收敛性要求的计算网格；

第三：通过独立分块的内存管理，使得在个人PC上也能生成千亿级别的超大计算网格，解决传统商业软件对超大网格生成问题的困扰，使CFD计算规模和计算精度更上一个台阶。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种超大规模计算网格重构方法,包括以下步骤：

步骤一：读取原始计算网格空间点坐标和边界条件；

步骤二：建立各网格块的边界分段索引；

步骤三：根据本块网格的边界条件，获得本块网格各窗口面上的内部标志点信息；

步骤四：填充各网格块棱线坐标，获取坐标极值等内部信息；

步骤五：对计算网格全空间域进行搜索，获得本块网格与其他块相关联的外部标志点；

步骤六：根据加密系数，在保证两端距离等比例放大的情况下，对网格块的棱线进行重分布；