[发明专利]一种基于流场物理信息的网格密度优化方法

说明书

本发明涉及一种基于流场物理信息的网格密度优化方法，其特征在于：属于流体力学仿真模拟领域，包括以下步骤：步骤一：在流体力学问题数值模拟系统中，为流体生成初始网格，给出初始的流场上的物理量分布；步骤二：计算网格系统中内部边的特征物理量梯度；步骤三：基于特征物理量梯度的分布调整网格，计算每一个内部节点的位移；步骤四：依据内部节点的位移矢量更新网格，迭代执行步骤二至四，直到网格的特征物理量梯度方差满足收敛条件，输出优化后的网格。本发明可同时应用于二维和三维网格，与优化前网格相比，能在计算时长基本不变的情况下，提高计算精度；尤其当网格数量比较少时，对比结果更加明显。

技术领域

本发明属于流体力学仿真模拟领域，涉及一种基于流场物理信息的网格密度优化方法。

背景技术

计算流体力学(computational fluid mechanics，CFD)是一门随着计算机的发展而产生的融合数学、流体力学和计算机之间的交叉学科，主要研究内容是借助计算机使用数值方法(例如有限体积法，有限元法等)来求解流体控制方程，对流体力学问题进行模拟和分析。

在对流体力学问题进行模拟和分析中，需要对模拟的流体区域划分网格，而网格的划分及优化技术，对CFD数值模拟过程的精度及求解效率有着至关重要的影响。网格划分的过密，会导致求解时间过长；网格划分的过于稀疏，会导致计算结果存在较大误差。因此，研究相对高效且满足精度要求的网格生成和优化技术是一项巨大的挑战。迄今为止科学界提出了各种基于不同网格质量度量方法的网格生成及优化方法。一些方法在网格质量方面非常优秀但耗时太大，比如径向基函数插值法；另一些方法计算时间少但计算精度比较差无法满足工程要求。同时拥有较高的计算精度和较少的计算时间的网格变形方法是CFD数值模拟的一个巨大挑战。

CFD数值模拟的计算时长主要依托于网格数量和网格质量。当网格发生严重扭曲时，计算的效率和精度都会大幅度降低，甚至导致计算无法进行。网格的长宽比例失调、扭曲、畸变等网格大变形问题都会影响数值计算的精度和时间。因此，需要结合实际问题，深入、系统的对网格技术进行研究，并设计出高效合理的网格调整方法，从而提升数值计算的效率和精度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于流场物理信息的网格密度优化方法，用于优化流体力学问题模拟分析中对流体划分的网格，使得网格点分布更加合理，从而提高CFD中数值模拟的计算精度。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于流场物理信息的网格密度优化方法，包括以下步骤：

步骤一：在流体力学问题数值模拟系统中，为流体生成初始网格，给出初始的流场上的物理量分布；

步骤二：计算网格系统中内部边的特征物理量梯度；

步骤三：基于特征物理量梯度的分布调整网格，计算每一个内部节点的位移；

步骤四：依据内部节点的位移矢量更新网格，迭代执行步骤二至四，直到网格的特征物理量梯度方法满足收敛条件，输出优化后的网格。

进一步，步骤二中所述的算网格系统中内部边的特征物理量梯度，具体包括：为第k轮迭代生成的网格M_k的每个内部网格点m构建多面体包腔子系统，并计算内部网格点m与其相邻网格点n组成的边上的特征物理量梯度

进一步，步骤二中所述特征物理量梯度计算公式如下：

式中，Φ_m，Φ_n分别表示网格点m及其相邻网格点n处的特征物理量；d_mn表示网格点m和网格点n之间的距离；表示网格点m和网格点n之间的特征物理量梯度。