[发明专利]一种复杂地形计算域地表网格的生成方法及系统

说明书

本发明公开了一种复杂地形计算域地表网格的生成方法及系统，包括步骤100：基于地表区域的三维地形数据生成初始三维地形网格；步骤200：基于空间曲线调整所述初始三维地形网格的网格间距以生成第一优化地表网格；步骤300：调整所述第一优化地表网格的网格顶角角度以生成第二优化地表网格；步骤400：调整所述第二优化地表网格的网格线长以生成计算域地表网格。本发明基于空间曲面网格生成方法和相应的基于弹簧斥力作用，对网格单元的网格顶角与线长进行调整，最终获得的计算域地表网格可以在复杂曲面生成接近预设规则网格，从而提高了复杂曲面网格的质量，有利于提高复杂地形区域大气边界层流动流场数值计算的准度。

技术领域

本发明应用于风工程、风力发电和大气边界层流场数值计算，属于大气边界层气象学和工业风工程的交叉领域,是利用计算流体力学(CFD)方法进行大气边界层流动计算技术的一部分，具体涉及一种复杂地形计算域地表网格生成方法及系统。

背景技术

计算域网格生成是进行流场数值计算的必要环节，对流场数值计算的空间分辨率和结果准确性有重要影响。对于复杂地形区域的大气边界层流场计算，现有技术中的网格生成方法主要包括以下两类：一类是结构化网格，另一类是非结构化网格，然而这两种网格生成方法存在一定的技术问题：

结构化网格生成的基本方法是在复杂地形区域的地表生成水平投影为规则的网格，在关注的区域进行网格加密处理，对于简单地形区域可以生成高质量的网格，但对于复杂地形特别是坡度较大的区域，实际网格边距显著大于水平投影长度，对提高计算准度和捕捉流场细节不利。例如在复杂地形曲面的平面投影上生成预设规则网格，但实际的网格空间节距会被拉长，例如在坡度为45度的区域，实际网格节距是水平投影节距的1.4倍，同时空间网格因为坡度不同而不同程度偏离预设规则网格。

而非结构化网格对地形适应性强，但是却对计算准度不利，生成过程耗时长。

发明内容

本发明实施例提供一种复杂地形计算域地表网格的生成方法及系统，用于在复杂地形条件下对地表网格进行自动调整和优化，在此基础上进一步生成最终优化后的地表网格。

第一方面，本发明实施例提供一种复杂地形计算域地表网格的生成方法，包括以下步骤；

步骤100：基于地表区域的三维地形数据生成初始三维地形网格；

步骤200：基于空间曲线调整所述初始三维地形网格的网格间距以生成第一优化地表网格；

步骤300：调整所述第一优化地表网格的网格顶角角度以生成第二优化地表网格；

步骤400：调整所述第二优化地表网格的网格线长以生成计算域地表网格。

进一步的，所述步骤100包括以下子步骤，

步骤110：将所述地表区域的三维地形数据按照地形的水平方向进行投影，以生成预设规则网格；

步骤120：将所述预设规则网格划分为多个区域；

步骤130：根据各个区域在x方向的长度计算x方向的网格总数，根据各个区域在y方向的长度计算y方向的网格总数；

步骤140：根据各个区域在x方向的长度计算所述预设规则网格在x方向的最小网格间距；根据各个区域在y方向的长度计算所述预设规则网格在y方向的最小网格间距；

步骤150：根据所述预设规则网格在x方向和y方向的最小网格间距和网格总数计算各个网格节点的x和y坐标值；

步骤160：根据所述各个网格节点的x和y坐标值获得地形的水平投影网格；

步骤170：对所述网格节点的x和y坐标值以及地表区域的三维地形数据进行插值运算，获得各个网格节点的z坐标值，并生成所述初始三维地形网格。