一种适用于任意单元类型的非结构嵌套网格计算方法技术

本发明专利技术提出一种适用于任意单元类型的非结构嵌套网格计算方法，涉及流体力学技术领域，该方法包括多个进程，每个进程执行：获取局部网格，局部网格通过对全局网格分区，基于面的数据结构重构得到；每个进程对应一个局部网格；对局部网格进行初始化，初始化至少包括对局部网格进行三角化，创建局部网格的局部水密挖洞面；获取全局水密挖洞面，全局水密挖洞面包括所有进程创建的局部水密挖洞面；根据全局水密挖洞面，确定局部网格的切割单元、洞内单元和非活动单元；根据切割单元、洞内单元、非活动单元确定局部网格的插值单元；进而建立插值单元和贡献单元的映射关系。本发明专利技术可适用于任意类型的多面体单元的计算，提高了计算效率。提高了计算效率。提高了计算效率。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于任意单元类型的非结构嵌套网格计算方法


[0001]本专利技术一般涉及流体力学
，具体涉及一种适用于任意单元类型的非结构嵌套网格计算方法。

技术介绍

[0002]计算流体力学是一门在经典流体力学、数值计算方法和计算机科学的基础上发展起来的多领域交叉学科。计算流体力学、理论分析、风洞试验研究是空气动力学研究和设计的三大工具，相互补充与验证。得益于计算机硬件的快速发展与迅速普及，计算流体力学在航空航天、兵器、汽车等领域得到了广泛的应用；对于存在大幅相对运动的流动问题，如火箭级间分离、外挂物投放、直升机旋翼等，需要一种高效的动网格方法来处理多体计算网格的大幅运动。即嵌套网格方法是一种处理多体大幅相对运动的高效高鲁棒性的网格方法；而目前非结构嵌套网格计算方法计算效率较低，且仅适用于标准单元类型，不支持任意类型的多面体单元。

技术实现思路

[0003]鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供可解决上述技术问题的一种适用于任意单元类型的非结构嵌套网格计算方法。
[0004]本专利技术提供一种适用于任意单元类型的非结构嵌套网格计算方法，包括多个进程，每个进程执行以下步骤：获取局部网格，所述局部网格通过对全局网格分区，并基于面的数据结构重构得到；每个所述进程唯一对应一个所述局部网格；对所述局部网格进行初始化，所述初始化至少包括对所述局部网格进行三角化，创建所述局部网格的局部水密挖洞面；获取全局水密挖洞面，所述全局水密挖洞面包括所有所述进程创建的局部水密挖洞面；根据所述全局水密挖洞面，确定所述局部网格的切割单元和洞内单元；根据最小壁面距准则对洞边界进行优化，确定所述局部网格的非活动单元；根据所述切割单元、洞内单元、非活动单元确定所述局部网格的插值单元；所述非结构嵌套网格计算方法还包括：获取所有所述进程的插值单元，查找其贡献单元，建立所述插值单元和贡献单元的映射关系。
[0005]根据本专利技术提供的技术方案，对所述局部网格进行三角化，包括：确定所述局部网格的单元网格面的共面多边形；判断所述共面多边形为简单多边形时，采用双耳法对所述共面多边形进行三角化；否则，在所述共面多边形内插入面心，并由所述面心以及所述共面多边形的面边对所述共面多边形进行三角化。
[0006]根据本专利技术提供的技术方案，确定所述局部网格的单元网格面的共面多边形，包括：计算所述单元网格面的面矢量；以所述单元网格面的顶点以及所述单元网格面的面矢量构造投影平面；将所述单元网格面投影至所述投影平面内，得到所述共面多边形。
[0007]根据本专利技术提供的技术方案，所述全局网格的网格单元为标准单元类型、蜂窝类型、笛卡尔类型中的至少一种；所述数据结构包括节点坐标列表、面
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节点拓扑信息、面
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单元拓扑信息、边界面列表。
[0008]根据本专利技术提供的技术方案，所述初始化还包括：设置所述局部网格的节点属性和单元属性为活动的，创建所述局部网格的网格边列表及边
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单元拓扑信息。
[0009]根据本专利技术提供的技术方案，创建所述局部网格的网格边列表及边
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单元拓扑信息包括：建立包含所述局部网格的网格边的第一节点编号和第二节点编号的结构体；所述第一节点编号小于第二节点编号；以所述结构体为基本元素，将所述局部网格的单元网格面以及由所述面
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节点拓扑信息提取的单元网格面的边插入至哈希表中；保存边
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面拓扑信息以及边
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单元拓扑信息；所述边
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面拓扑信息通过面
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节点拓扑信息获取得到；所述边
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单元拓扑信息通过所述边
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面拓扑信息以及所述面
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单元拓扑信息获取得到；从所述哈希表中提取网格边列表、所述边
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单元拓扑信息。
[0010]根据本专利技术提供的技术方案，根据所述全局水密挖洞面，确定所述局部网格的切割单元、洞内单元，包括以下步骤：将所述局部网格中与所述全局水密挖洞面相交的网格单元标记为切割单元，将所述局部网格中位于所述全局水密挖洞面内部的网格单元标记为洞内单元。
[0011]根据本专利技术提供的技术方案，根据最小壁面距准则对洞边界进行优化，确定所述局部网格的非活动单元包括以下步骤：确定所述局部网格中的筛选节点，所述筛选节点到所述全局水密挖洞面的最小距离大于第一距离，所述第一距离为所述局部网格中所有节点到所述水密挖洞面的最小距离；获取筛选节点集合，所述筛选节点集合包括所有所述进程确定的筛选节点；基于所述筛选节点集合，查找贡献单元，将具有贡献单元的节点加入重叠节点集合；确定所述局部网格的非活动单元，所述非活动单元的所有节点均位于所述重叠节点集合中。
[0012]根据本专利技术提供的技术方案，基于所述筛选节点集合，查找贡献单元，包括以下步骤：选取所述筛选节点集合中的一个筛选节点，以所述筛选节点构造射线；判断所述射线与网格单元的交点个数为奇数时，将所述网格单元作为贡献单元。
[0013]根据本专利技术提供的技术方案，根据所述切割单元、洞内单元、非活动单元，确定所述局部网格的插值单元，包括以下步骤：将所有所述切割单元、洞内单元、非活动单元标记为非活动区域；在所述局部网格中活动区域与非活动区域的分界处，向非活动区域生长两层单元，作为插值单元。
[0014]本专利技术的有益效果在于：本专利技术采用多进程并行处理模式，通过对全局网格分区，并基于面的数据结构重构，使得每个进程都包括全局网格的一部分，通信域包含所有进程，无需创建额外局部通信域，因此降低了并行算法的复杂度，同时能保证负载平衡，提高并行计算的效率；同时，通过对局部网格进行三角化，使得非结构嵌套网格计算方法可适用于任意类型的多面体单元；由此，通过在每个进程中创建与其局部网格对应的局部水密挖洞面，得到全局水密挖洞面；根据全局水密挖洞面，确定各进程中局部网格的切割单元、洞内单元以及非活动单元，进而确定插值单元；最后通过获取所有所述进程的插值单元，查找与所述插值单元对应的贡献单元，即可建立所述插值单元和贡献单元的映射关系。
附图说明
[0015]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术提供的一种适用于任意单元类型的非结构嵌套网格计算方法的流程图图2为简单多边形双耳理论三角化示意图；图3为非简单多边形通过插入面心进行三角化示意图；图4为与水密挖洞面相交的切割单元示意图；图5为切割单元与洞内单元的示意图；图6为壁面距准则下网格节点属性划分示意图；图7为壁面距准则下网格单元属性划分示意图；图8为5球模型挖洞效果图；图9为5球模型洞边界优化结果示意图。
具体实施方式
[0016]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关专利技术，而非对该专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与专利技术相关的部分。
[0017本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于任意单元类型的非结构嵌套网格计算方法，其特征在于，包括多个进程，每个进程执行以下步骤：获取局部网格，所述局部网格通过对全局网格分区，并基于面的数据结构重构得到；每个所述进程唯一对应一个所述局部网格；对所述局部网格进行初始化，所述初始化至少包括对所述局部网格进行三角化，创建所述局部网格的局部水密挖洞面；获取全局水密挖洞面，所述全局水密挖洞面包括所有所述进程创建的局部水密挖洞面；根据所述全局水密挖洞面，确定所述局部网格的切割单元和洞内单元；根据最小壁面距准则对洞边界进行优化，确定所述局部网格的非活动单元；根据所述切割单元、洞内单元、非活动单元确定所述局部网格的插值单元；所述非结构嵌套网格计算方法还包括：获取所有所述进程的插值单元，查找其贡献单元，建立所述插值单元和贡献单元的映射关系。2.根据权利要求1所述的一种适用于任意单元类型的非结构嵌套网格计算方法，其特征在于，对所述局部网格进行三角化，包括：确定所述局部网格的单元网格面的共面多边形；判断所述共面多边形为简单多边形时，采用双耳法对所述共面多边形进行三角化；否则，在所述共面多边形内插入面心，并由所述面心以及所述共面多边形的面边对所述共面多边形进行三角化。3.根据权利要求2所述的一种适用于任意单元类型的非结构嵌套网格计算方法，其特征在于，确定所述局部网格的单元网格面的共面多边形，包括：计算所述单元网格面的面矢量；以所述单元网格面的顶点以及所述单元网格面的面矢量构造投影平面；将所述单元网格面投影至所述投影平面内，得到所述共面多边形。4.根据权利要求1所述的一种适用于任意单元类型的非结构嵌套网格计算方法，其特征在于，所述全局网格的网格单元为标准单元类型、蜂窝类型、笛卡尔类型中的至少一种；所述数据结构包括节点坐标列表、面
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节点拓扑信息、面
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单元拓扑信息、边界面列表。5.根据权利要求4所述的一种适用于任意单元类型的非结构嵌套网格计算方法，其特征在于，所述初始化还包括：设置所述局部网格的节点属性和单元属性为活动的，创建所述局部网格的网格边列表及边
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单元拓扑信息。6.根据权利要求5所述的一种适用于任意单元类型的非结构嵌套网格计算方法，其特征在于，创建所述局部网格的网格边列表及边
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单元拓扑信息包括：建立包含所述局部网格的网格边的第一节点编号和第二节点编号的结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱凯，张亮，施家桐，
申请(专利权)人：北京凌云智擎软件有限公司，
类型：发明
国别省市：