[发明专利]一种飞行器绕流数值模拟的多重网格扰动域更新加速方法

权利要求书

1.一种飞行器绕流数值模拟的多重网格扰动域更新加速方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：读入数据，包括飞行器流场的细网格、预设计算域、边界条件和计算设置；

S2：通过稀疏所述细网格，生成指定层数的粗网格；

S3：根据来流条件或根据给定流场，对所述粗网格和所述细网格上预设计算域中的流场进行初始化；

S4：根据流场初始化方式，建立对流动态计算域和粘性动态计算域；

S5：将所有层网格求解所需存储的数据分为两类；第一类数据是单元的固有信息，采用静态数据结构存储所述预设计算域中所有网格单元的信息，包括网格坐标和流场变量；第二类数据是与求解更新相关的信息，采用动态数据结构仅存储所述对流动态计算域内网格单元的信息，包括守恒量更新量和当地迭代步长；

S6：根据边界条件类型，为当前层网格的边界虚网格的守恒量赋值；

S7：将流动控制方程的残差项分为无粘项与粘性项两类；其中，所述无粘项包括对流通量和粗网格的强迫函数，所述无粘项在对流动态计算域中计算；所述粘性项包括粘性通量和湍流模型方程源项，所述粘性项在粘性动态计算域中计算；

S8：在所述对流动态计算域中，求解守恒量更新量，更新流场变量；

S9：判断当前网格层是否为细网格；若是，则执行步骤S10；若否，则执行步骤S21；

S10：判断细网格是否达到收敛条件；若否，则执行步骤S11；若是，则执行步骤S23；

S11：对所述对流动态计算域的所有边界单元逐个判断是否已受到无粘扰动；若是，则执行步骤S12；若否，则返回步骤S11，对所述对流动态计算域的下一边界单元进行判断；遍历所述对流动态计算域的所有边界单元后，执行步骤S13；

S12：衡量无粘扰动的传播方向，并将该边界单元的紧邻单元中位于传播方向上的单元纳入所述对流动态计算域，返回步骤S11，对所述对流动态计算域的下一边界单元进行判断；

S13：对所述对流动态计算域的所有边界单元逐个判断是否同时满足已收敛、位于可压缩流动中、位于最上游以及不再受所述对流动态计算域中其他单元的影响四个条件；若是，则执行步骤S14；若否，则返回步骤S13，对所述对流动态计算域的下一边界单元进行判断；遍历所述对流动态计算域的所有边界单元后，执行步骤S16；

S14：将该边界单元从所述对流动态计算域中移除，并判断该边界单元是否存在于所述粘性动态计算域中；若是，则执行步骤S15；若否，则返回步骤S13，对所述对流动态计算域的下一边界单元进行判断；

S15：将该边界单元从所述粘性动态计算域中移除，返回步骤S13，对所述对流动态计算域的下一边界单元进行判断；

S16：对所述粘性动态计算域的所有边界单元逐个判断是否受粘性效应主导；若是，则执行步骤S17；若否，则返回步骤S16，对所述粘性动态计算域的下一边界单元进行判断；遍历所述粘性动态计算域的所有边界单元后，执行步骤S18；

S17：将该边界单元的紧邻单元中位于所述对流动态计算域中的单元纳入所述粘性动态计算域，返回步骤S16，对所述粘性动态计算域的下一边界单元进行判断；

S18：根据细网格的对流动态计算域和粘性动态计算域，更新所有层粗网格的对流动态计算域和粘性动态计算域；

S19：根据所述对流动态计算域，重新分配所有粗网格和细网格中第二类数据的存储空间；

S20：将守恒量插值至更粗网格，返回步骤S6，进入更粗网格的计算；

S21：判断是否需要计算更粗网格；若是，则返回步骤S20；若否，则执行步骤S22；

S22：将守恒量修正量插值回更细网格，并判断更细网格是否为细网格；若是，则返回步骤S6，进入下一迭代步的计算；若否，则返回步骤S6，进入更细网格的计算；

S23：输出结果；

步骤S3，根据来流条件或根据给定流场，对所述粗网格和所述细网格上预设计算域中的流场进行初始化，具体包括：

根据来流条件初始化，将所述粗网格和所述细网格上预设计算域中所有网格单元的守恒量赋为来流值；

根据给定流场初始化，将所述细网格上预设计算域中所有网格单元的守恒量赋为给定流场值，所述粗网格上预设计算域中所有网格单元的守恒量根据细网格上所有网格单元的守恒量插值获得；

步骤S4，根据流场初始化方式，建立对流动态计算域和粘性动态计算域，具体包括：

根据来流条件初始化，对于对流动态计算域，最粗层网格取紧邻壁面的1层单元作为初始单元，细网格取壁面的L层相邻单元作为初始单元，L满足：

L＝2^l (1)

其中，l表示粗网格层数，l为正整数，由步骤S1读入的计算设置给定；较粗层网格的初始单元根据细网格的初始单元生成；对于粘性动态计算域，所有网格层均取紧邻壁面的1层单元作为初始单元；

根据给定流场初始化，对于对流动态计算域，细网格的初始单元为给定流场中流动特性与来流条件不符的已受扰单元，满足：

||W-W_∞||/||ΔW⁽¹⁾||_max＞ε_a,c (2)

其中，W表示守恒量；W_∞表示来流条件的守恒量；||ΔW⁽¹⁾||_max表示对流动态计算域所有单元的守恒量更新量在第1迭代步的最大值；ε_a,c表示对流新增阈值，取10^-6≤ε_a,c≤10^-4；对于粘性动态计算域，细网格的初始单元为细网格对流动态计算域中的粘性效应主导单元，满足：

其中，Ψ表示粘性效应衡量参数，为粘性扰动与无粘扰动的质量流量之比；表示第1迭代步的粘性效应衡量参数；I,J,K分别表示网格方向；表示对流通量Jacobian矩阵沿i方向的谱半径，表示粘性通量Jacobian矩阵沿i方向的谱半径；ε_a,v表示粘性新增阈值，取10^-3≤ε_a,v≤10^-2；所有粗网格层的对流动态计算域依据细网格的对流动态计算域生成，所有粗网格层的粘性动态计算域依据细网格的粘性动态计算域生成。