[发明专利]一种非结构直角网格加速生成方法

说明书

本发明公开了一种非结构直角网格加速生成方法，包括以下步骤：对物体形状进行描述生成背景网格的步骤；背景网格进行分区的步骤；设置网格生成参数的步骤；根据分区后的背景网格及设置参数生成叉树结构的步骤；删除物形以内以及与物形相交单元，产生锯齿形内面的步骤；对锯齿形内面进行光顺，得到光顺后内面的步骤；对光顺后内面进行加速生成和投影的步骤；计算网格量并输出网格信息的步骤。本发明解决了在计算流体力学中直角网格生成时划分叉树结构、切割、投影时由于需要搜索大量背景网格节点导致网格生成时间较长的问题，通过对背景网格进行分区的方式，可以极大地减少需要搜索的背景网格数量，在不影响网格质量的前提下，加速网格生成。

技术领域

本发明涉及一种非结构直角网格加速生成方法，属于网格生成方法技术领域。

背景技术

计算流体力学(CFD)是现代流体力学研究方法中的重要手段，而网格生成技术是CFD中的关键环节。按照网格类型划分，计算网格可分为结构网格和非结构网格。结构网格节点变化有序，求解效率、精度较高，但处理复杂外形时较为繁琐；非结构网格节点和单元形成具有随意性，处理外形时比较灵活，更适合复杂外形，非结构直角网格就属于非结构网格范畴。

网格生成所要求飞行器几何外形应按照表面三角化方式提供，根据表面网格坐标点信息获得所需背景网格。非结构直角网格的生成是采用叉树结构的方式，为了生成网格，先选出计算的流场区域，取为大的长方体包围全飞行器，将该长方体，然后对计算域进行均匀划分，尽量保证单元各边长度接近，这样生成的网格就是初始网格。在初始网格基础上根据单元与物面的距离关系对网格进行多层加密，使网格满足计算要求，生成完整的叉树网格，图1所示即为采用八叉树的方式将单元一分为八，实现网格加密的过程。

由于直角网格各网格面、边完全正交，而需要拟合的物形可能为任意形状，原始的直角网格在物面边界处往往不能达到完全贴体，一种处理方式是在处理边界时将流场内的网格点光顺、投影，生成贴体的网格。

一般将图形处理操作中的聚合、求交、相减等运算过程称为布尔运算，在直角网格生成中主要存在的布尔运算是求交运算。在直角网格生成过程中，八叉树生成、切割网格判断和内面网格点投影三个步骤需要大量的几何布尔运算，占据了大部分的网格生成时间，相关算例测算显示，这三个部分占总的网格生成时间的90～95％，这几部分的几何布尔运算最终都可转化为基本几何结构的求交运算：

(1)八叉树网格生成时需要判断加密单元，加密的依据为立方体单元到物面距离小于指定值时则加密，这可转换为以网格单元心为圆心、以指定值为半径的圆球与背景网格求交的问题，如果没有交点则该单元无需加密；

(2)切割网格判断时，需要判断网格单元与背景网格是否相交，这是典型的立方体与背景网格求交的问题；

(3)内面网格点投影时，需要计算内面上网格点到背景网格三角形/四边形单元的距离，从中取最小值作为投影点，单次投影计算量与单次求交计算量相当。

对算法进行复杂度分析时，可以不展开求交、投影等计算的细节，将其视为一次基本运算。当于以下问题：基于具有N个网格单元的背景网格生成M个网格单元的直角网格，其中内面网格点数目为n个。该过程约需要进行M*N次加密判断、M*N次切割判断和M*n次投影，相当于M*(2N+n)次基本求交运算。当生成的网格量N和内面网格n一定时，网格生成整体计算量(耗时)与背景网格单元数量M成线性关系。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对现有技术的不足，提供了一种非结构直角网格加速生成方法，改进了现有的非结构直角网格生成过程中，叉树划分、判断切割、物面投影等步骤大量几何布尔运算导致的网格生成速度慢、效率低等不足，通过背景背景网格分区和预处理的方式，提升几何布尔运算过程效率，加速网格生成，且能保证最终生成的计算网格不受分区的影响。

本发明的技术解决方案是：

一种非结构直角网格加速生成方法，包括以下步骤：