[发明专利]应用于复杂流体分析的快速均匀网格划分的方法及装置

说明书

应用于复杂流体分析的快速均匀网格划分的方法，包括如下步骤：步骤一：定义区域轮廓，实现初始多区域边界的建模；步骤二：输入所述定义区域轮廓的轮廓信息，判断其封闭轮廓环是否由两条或以上的边构成，若是，则进入步骤三；若否，则先将所述封闭轮廓环分割成四段，再进入步骤三；步骤三：确定所述封闭轮廓环的四条边界曲线，再实现U向边界和V向边界的定义。应用于复杂流体分析的快速均匀网格划分的装置，包括第一定义模块、输入判断模块、分割模块、第二定义模块、划分模块、拟合模块，生成模块。本发明能够对复杂轮廓区域进行有效网格划分的方法，以保证划分网格的质量进而保证计算流体力学中的数值计算的精度要求。

技术领域

本发明涉及网格划分技术领域，尤其涉及应用于复杂流体分析的快速均匀网格划分的方法及装置。

背景技术

计算流体力学是通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。其基本思想是把时间域及空间域上连续的物理量的场，如速度场和压力场，用一系列有限个离散点上的变量值的集合来替代，通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，然后求解方程得到场变量的近似值。

计算流体力学的任务是流体力学的数值模拟，建立数学模型后寻求高效率，高准确度的计算方法。计算方法不仅包括数学方程的离散化及求解方法，还包括计算网格的建立，边界条件的处理，其中网格的划分属于计算流体力学计算中的预处理部分。网格的生成是将计算域划分为较小的，不重叠的子域或单元(网格)，单元的数目决定了计算流体力学的计算精度，而网格的细密程度决定精度等，并且网格划分是计算流体力学中的关键技术之一，网格划分实际就是将结构进行离散化，从而得到有限单元及节点，进而通过求解用近似解代替实际解。

网格剖分主要分为映射网格划分和自由网格划分两类。其中自由网格划分又分为节点连接法、拓扑分解法、几何分解法、栅格法等。

映射网格划分是对规整模型的一种规整网格划分方法，映射网格要求面或体的形状是规则的，也就是说它们必须遵循一定的规则。其基本思路为在简单区域内采用某种映射函数构造简单区域的边界点和内点，并按某种规则连接结点构成网格单元。也就是根据形体边界的参数方程，利用映射函数，把参数空间内单元正方形或单元三角形(对于三维问题是单元立方体或单元四面体)的网格映射到欧氏空间，从而生成实际的网格。

节点连接法根据给定的精度对曲面的边界及参数域边界进行离散,生成一组边界节点,再根据给定初始密度对参数域内部布置一定数量节点。然后根据波前法或Delaunay三角剖分得到网格，将参数域所得的三角形网格一一映射到空间曲面,形成参数域与空间域一一对应的拓扑连接关系.对空间曲面网格的每个三角形进行校验,如果该三角形对曲面的逼近误差超过所需精度,则对该三角形进一步网格加密。

拓扑分解法假设最后的网格顶点全部由目标边界顶点组成，那么可以用一种三角化算法将目标用尽量少德尔三角形完全分割覆盖。这些三角形主要由目标拓扑结构决定，这样目标的复杂拓扑结构被分解成简单的三角形拓扑结构。

几何分解法凡在产生结点的同时也确定结点间连接关系的方法均称为几何分解法，其节点与单元同步生成，与拓扑分解法完全不同的是在实体分解过程中，考虑了所生成的单元形状及大小，确保生成的单元质量尽量的好。

栅格法又分为栅格叠合法和四(八)叉树法，栅格叠合法是将栅格置放于物体上，既可在栅格的规则点处布置节点，也可在栅格单元中随机布置结点，容易得到均匀网格，然后对栅格与物体求交，将在物体外的栅格去掉，物体内的栅格保留作为网格。在边界处的栅格需要变形，也就是要调整节点的位置以满足边界条件的要求，最终产生的网格内部单元完全一样，只是边界单元不同。栅格越密网格质量将越好。

叉树法网格生成的过程是完全面向几何特征的，它通过一系列几何操作，同时从几何模型数据库中取得分析物体的几何信息，以及网格控制参数信息等，来完成网格划分。