[发明专利]一种基于线面体的维度增加式计算流体网格生成方法

说明书

本发明公开了一种基于线面体的维度增加式计算流体网格生成方法，首先对计算域和模型进行几何特征分析，获取需要进行细化处理的细小结构，并在完成全局网格设定的情况下，按照线、面、体的维度增加顺序，依次设置网格参数。在完成壳网格生成后，对壳网格的网格质量进行第一次检查，如果不满足预定要求，则重新设置和绘制线、壳网格，如果满足要求，则进行体网格划分。通过本发明公开的方法，在不大量增加网格数量的情况下，可以提高几何体局部细节处的网格质量，从而可以节省计算机资源，提高CFD仿真的时效性。

技术领域

本发明涉及一种计算流体仿真方法，更具体地，涉及一种基于线面体的维度增加式计算流体网格生成方法。

背景技术

计算机技术的快速发展为海洋工程，计算流体力学提供了不错的发展机遇。其中有一个重要问题就是如何生成围绕复杂外形的网格。船体表面网格划分方法不断出现，现有技术中有代表性的包含以下两种方法：

一、首先根据已知的型值数据,将每站半剖面型线构造成累加弦长的三次参数样条曲线,然后采用等弦长划分方法。根据输入的每站半剖面垂向网格数目计算出插值节点的相应参数坐标,再利用构造的参数样条曲线求出节点在该剖面内的坐标信息。然后利用已有的节点信息,采用网格长宽比率来确定船体纵向的插值参数,沿船体纵向进行三维插值划分,可以得到满足给定长宽比的船中表面网格节点信息。该方法依赖大量样条曲线的插值计算,需要对型值数据进行拟合,拟合的过程会引入人为误差,导致网格节点不一定位于船体表面,网格构建需要分段,在分段构建的过程中又一次进行三维插值,降低了网格节点的精度。算法整体较为复杂,手动输入参数较多,对于船体曲率变化显著区域难以保证网格划分精度,对于船体直舷处无法计算。

二、输入船体型值,根据计算需要给出三个网格方向的最大最小值。用三次样条模拟光滑船体表面,并在曲率变化迅速的方向进行三维插值以得到新的船体型值,布置各剖面的网格分布并计算控制函数,通过迭代求解控制函数来形成船体周围的网格分布。该方法依赖更密集的船体型线数据,而采用三维插值获取新的船体型值,在船体变化剧烈的部位势必带来较大误差,使得插值得到的新型线与真实船体并不重合。

上述两种方法除了所述缺陷外，计算量都很大，在计算资源相对不足的情况下，都难以保证网格划分精度，从而影响仿真效果和可信度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种基于线面体的维度增加式计算流体网格生成方法，首先定位最影响网格质量的细小结构，并对其线网格尺寸进行细化，然后绘制壳网格，并以壳网格为基础生成体网格。在生成体网格之前中注意检查网格质量与计算域密闭性，防止浪费计算时间。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于线面体的维度增加式计算流体网格生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：读取计算模型，建立计算域；

步骤S2：分析几何模型，根据计算需求和网格划分经验，在计算模型上定义和定位细小结构；

步骤S3：进行全局网格设置，根据计算域尺寸设置全局网格参数，包括最大网格尺寸、全局网格数量、网格增长率、网格类型、设计网格全局缩放因子；

步骤S4：进行线网格设置，对步骤S1中定位的细小结构的线段进行网格数量和增长率设置；

步骤S5：针对计算模型所有面进行面网格设置，设置面网格最大尺寸，并根据上一步骤生成的细小结构的线网格设置，调整细小结构的所包含的面以及与细小结构相连接的面的面网格尺寸，使细小结构处的面网格与线网格合理衔接；

步骤S6：生成壳网格，根据步骤S3～S5设置的网格参数，生成三维的体网格的壳网格，并检查壳网格的质量；如果壳网格质量满足要求，则进入下一步骤，否则返回步骤S3，重新进行设置；