[发明专利]一种基于各向异性体调和场的附面层网格生成方法

说明书

本发明公开一种基于各向异性体调和场的附面层网格生成方法，属于计算流体力学、数值模拟仿真、计算机辅助设计、与制造技术领域。首先采用闵科夫斯基和的边界曲面网格构造求解体调和场时所需的四面体背景网格，然后根据需求自动化地添加各向异性张量，并在张量的控制下计算各向异性体调和场，最后结合特殊的加权拉普拉斯平滑计算生成附面层网格所需的前进方向。本发明基于闵科夫斯基和边界曲面网格构造四面体背景网格的策略降低了计算耗时和内存浪费，通过自动化添加各向异性张量能够可控地局部调节附面层网格厚度，结合特殊的加权拉普拉斯光滑对前进方向进行优化显著地提高了附面层网格的生成质量。

技术领域

本发明属于计算流体力学、数值模拟仿真、计算机辅助设计，以及制造技术领域，涉及一种基于各向异性体调和场生成附面层网格的方法，适用于复杂曲面的附面层网格生成。通过张量对体调和场的控制，使其诱导生成的附面层网格更具有灵活性和可控性。

背景技术

附面层是高雷诺数绕流中紧贴物面的粘性力不可忽略的流动薄层，而附面层网格的质量直接决定着数值模拟效果的好坏。在高雷诺数流动的气动模拟中，必须采用垂直于物体的层状各向异性棱柱网格来捕捉粘性壁面附近的附面层。粘性壁面周围的棱柱网格生成一直是计算流体力学、数值模拟仿真、计算机辅助设计与制造技术领域的研究重点。棱柱网格生成的主流方法有两种：前沿结点推进方法，基于求解偏微分方程方法。但是已有的方法一般不考虑各向异性的问题，即每一层增长的厚度基本都一样，面对一些特殊的数值模拟需求时，各向同性很难捕捉一些微小的物理特征。如何使得生成棱柱网格更具有灵活性和可控性，是附面层网格研究的重心。

发明内容

基于上述的问题，本发明提出一种基于各向异性体调和场生成附面层网格的方法。本方法属于基于求解偏微分方程生成附面层网格，包含3个发明内容：

1.基于闵可夫斯基和的边界曲面网格构造，以及附面层空间的四面体背景网格(离散计算域)生成。

2.基于局部张量控制的各向异性体调和场的计算。

3.基于各向异性体调和场计算的前进距离和前进方向的附面层网格(棱柱网格)生成策略。

本发明的技术方案：

一种基于各向异性体调和场的附面层网格生成方法，步骤如下：

(1)基于闵可夫斯基和的边界曲面网格构造，以及附面层空间的四面体背景网格(离散计算域)生成，具体步骤如下：

a)输入原始曲面网格(一般为三角形网格或者四边形网格)和半径为r(一般取值为能够包裹原始曲面网格的最小长方体的对角线长度乘以一个系数c，c一般取值在[0.05,0.3])的球网格，计算闵可夫斯基和的边界曲面网格。

b)对初步得到的闵可夫斯基和的边界曲面网格执行网格优化处理，包含非流形消除和自相交消除，最终得到二维流形的边界曲面网格。

c)定义附面层空间为：计算得到的闵可夫斯基和的边界曲面网格与原始曲面网格(物面)之间的空间。

d)对附面层空间使用软件TetGen进行四面体网格剖分，检测四面体背景网格中是否存在四面体单元的四个点同时位于附面层空间的边界曲面网格上。如果存在则进行细分，直到无上述情况出现。