[发明专利]一种基于非贴体网格的固壁边界数值模拟方法及相关设备

说明书

本发明适用于计算流体力学边界处理技术领域，提供了一种基于非贴体网格的固壁边界数值模拟方法及相关设备，包括：获取非贴体网格邻近固壁边界的多个网格节点的流场值，网格节点包括边界附近的第一层网格节点，流场值包括第一层网格节点的第一流场值；基于多个网格节点的流场值重构得到第一边界数值通量；设置固壁边界条件，并将固壁边界条件结合多个网格节点的流场值，修正第一层网格节点的第一流场值，得到第一层网格节点的第二流场值；基于第二流场值重构得到第二边界数值通量，并根据第一边界数值通量和第二边界数值通量得到第三边界数值通量，利用第三边界数值通量模拟非贴体网格的固壁边界。可以更好、更准确地模拟非贴体网格的固壁边界。

技术领域

本发明涉及计算流体力学边界处理技术领域，尤其是涉及一种基于非贴体网格的固壁边界数值模拟方法、装置、计算机设备及计算机可读存储介质。

背景技术

在复杂流动的数值模拟中，存在着贴体网格和非贴体网格两种处理方法。尽管现有商业软件大多采用贴体网格，但是非贴体网格由于网格生成相对简单而日益受到关注。对于非贴体网格，一个关键问题是固壁边界条件的处理，目前最常用的处理方法为基于虚拟点的浸入边界法，该方法在固壁边界或内部设置虚拟网格节点，而该虚拟网格节点的值由边界条件和控制方程共同确定。但对于固壁边界为锐角、薄板等外形的边界附近，虚拟网格节点可能会与实际网格节点重合，使得虚拟网格节点的设置无法更好地模拟边界，或者需要根据不同的边界对虚拟网格节点进行设置，这会导致程序处理上的困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于非贴体网格的固壁边界数值模拟方法，可以在无需设置虚拟网格节点的情况下更好地模拟非贴体网格的固壁边界，且避免现有的通过设置虚拟网格节点来处理非贴体网格固壁边界而导致的节点设置重合及程序处理困难等问题。

第一方面，本发明实施例提供一种基于非贴体网格的固壁边界数值模拟方法，包括：

S1、获取非贴体网格邻近固壁边界的多个网格节点的流场值，所述网格节点包括边界附近的第一层网格节点，所述流场值包括所述第一层网格节点的第一流场值；

S2、基于所述多个网格节点的流场值重构得到第一边界数值通量；

S3、设置固壁边界条件，并将所述固壁边界条件结合所述多个网格节点的流场值，修正所述第一层网格节点的第一流场值，得到第一层网格节点的第二流场值；

S4、基于所述第二流场值重构得到第二边界数值通量，并根据所述第一边界数值通量和所述第二边界数值通量得到第三边界数值通量，利用所述第三边界数值通量模拟所述非贴体网格的固壁边界。

进一步的，所述基于所述多个网格节点的流场值重构得到第一边界数值通量包括：

对所述多个网格节点的流场值进行偏心重构得到所述第一边界数值通量。

进一步的，所述网格节点的流场值包括原始流场值，所述设置固壁边界条件，并将所述固壁边界条件结合所述多个网格节点的流场值，修正所述第一层网格节点的第一流场值，得到第一层网格节点第二流场值的步骤包括：

在固壁边界上确定对应所述第一层网格节点的边界节点，使得所述第一层网格节点和所述边界节点的连线方向为所述固壁边界的外法向；

获取靠近所述边界节点的多个网格节点的原始流场值，包括所述第一层网格节点的第一流场值；

基于所述多个网格节点的原始流场值通过外插法计算所述边界节点的原始流场值及其一阶和二阶边界法向导数、；

将所述边界节点的原始流场值及一阶、二阶导数、旋转至所述固壁边界的外法向，得到所述边界节点的旋转流场值及其一阶、二阶法向导数、；

对所述边界节点的旋转流场值及其一阶、二阶法向导数、进行特征投影，得到边界节点的旋转流场投影值及其一阶、二阶法向导数、；