【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种用于轴流泵流体数值仿真的高正交性结构化网格数字化划分方法，属于通用机械领域。
技术介绍
1、轴流泵广泛运用于喷水推进泵、水泵等设备，其水动力或气动性能(以下统称性能)一直是轴流泵的研究热点之一。目前，研究旋转机械性能的技术手段主要有两种：一是计算流体动力学技术(即流体数值仿真)；二是试验技术。流体数值仿真相对于试验技术具有耗费时间少、物质成本低等优点，因此，受到研究人员的青睐。流体数值仿真最大的问题在于其结果的准确性，影响其结果准确性的关键因素之一为流体数值仿真网格的质量。目前，从网格形式上，流体数值仿真网格可分为两类：非结构化网格与结构化网格。非结构化网格形状有四面体、六面体、多面体等多种形式，或不同形式的混合，广泛运用于各类商业流体数值仿真软件，其优点在于可生成适用各类复杂几何的网格，但流动与网格正交性(以下简称正交性)很差，正交性即流动方向与网格的边界方向的垂直或平行程度(见图1)，且网格节点的规律性差，理论上不利于流体数值仿真的求解。结构化网格形状为六面体，其形状近乎为正方体或长方体，如采用合理的网格划分方法，具有很高的正交性，对流体数值仿真而言，相对于非结构化网格具有很大的理论优势。目前，适用于轴流泵的结构化网格划分方法在正交性方面仍有不足，尤其对于叶片螺距角较小的轴流泵。要想得到正交性很高的结构化网格具有很大难度，需要付出较多的劳动。
2、使用结构化网格进行流体数值仿真，最大的优势在于其可具有很高的正交性。轴流泵叶片形状是较为复杂的空间三维曲面，这也是划分结构化网格的最大难点。轴流泵
技术实现思路
1、针对轴流泵难以生成高正交性的流体数值仿真结构化网格进行性能研究的问题，提出了一种轴流泵流体数值仿真结构化网格数字化划分方法。
2、在划分网格时，为了减小工作量，并保证网格的轴对称性，如轴流泵的叶片数为n，则将计算域等分为n份，对单个叶片计算域的网格进行划分。本专利技术专利提出了一种适用于轴流泵的高正交性结构化网格划分方法。通过该方法可生成适用于轴流泵的高正交性网格，即便对螺距角较小的轴流泵仍有很好的适应性。
3、本专利技术的技术方案为：
4、一种轴流泵流体数值仿真结构化网格数字化划分方法，包括以下步骤：
5、轴流泵及其计算域定义在一个圆柱坐标系(r，θ，z)中，坐标系原点(0,0,0)位于轴流泵旋转轴线上，r为径向坐标，沿着轴流泵半径方向；θ为角度坐标，沿着轴流泵旋转方向；z为轴向坐标，沿着轴流泵的旋转轴方向；
6、轴流泵叶片数为n，将计算域等分为n份，对单个叶片计算域空间内网格进行划分；
7、首先在不同半径圆柱截面上进行网格划分，确定面网格节点坐标；将圆柱截面转换为平面，在平面内进行二维平面网格的划分；再将二维平面网格节点坐标转换为三维空间中不同半径圆柱截面上的坐标；不同半径圆柱截面上的面网格相对位置相同，将相邻半径圆柱截面上的相应位置处面网格节点相连，即可得计算域三维空间中的体网格。
8、进一步的，根据坐标变换公式，容易实现不同半径圆柱截面上坐标与平面坐标的转换；针对单个叶片计算域，不同半径圆柱截面展开为平面后，单个叶片计算域的特征为，其外边界为一个平行四边形，其内边界为叶片，叶片的弦长与平行四边形的长对角线近似重合。
9、进一步的，不同半径圆柱截面上的坐标与平面的坐标转换公式为，zp＝z，xp＝r×θ，zp与xp分别为平面内直角坐标系的两个坐标轴，其中zp与圆柱坐标系的z坐标相同。
10、进一步的，以“p+编号”的形式表示某点，以“l+px+py”的形式表示某直线段，直线段的两个端点分别是px和py，x和y是点的编号，类似的，以“ls+px+py”的形式表示某曲线段。
11、进一步的，对单个叶片计算域平行四边形外边界作如下定义：短对角线的两个顶点，在叶片叶背一侧的定义为p1，在叶片叶面一侧的定义为p3；长对角线两个定点，靠近叶片导边一侧的定义为p2，靠近随边一侧的定义为p4；根据以上定义，平行四边形外边界的四条边线分别为lp1p2、lp2p3、lp3p4、lp4p1；
12、对单个叶片计算域叶片内边界作如下定义：叶片导边点定义为p5；叶片随边处有一定厚度，叶背上的随边点定义为p6，叶面上的随边点定义为p7；根据以上定义，叶片内边界由3条边线组成，分别为lsp5p6、lsp5p7、lp6p7，其中lsp5p6即是叶背，lsp5p7即是叶面；
13、平行四边形外边界与叶片内边界是由很多点构成的，且这些边线上任意点的坐标是已知的。
14、进一步的，过点p1向边线lsp5p6做垂线，记边线lsp5p6上的垂足为点p8；过点p3向边线lsp5p7做垂线，记边线lsp5p7上的垂足为点p9；过点p6向边线lp4p1做垂线，记边线lp4p1上的垂足为点p10；过点p7向边线lp3p4做垂线，记边线lp3p4上的垂足为点p11；过点p5向边线lp2p3做垂线，记边线lp2p3上的垂足为点p12。
15、过某点p向某线l做垂线，即求线l上的所有点的集合中距p点最近的点po，po即为垂足；若构成线l的点集为pl:{p1l、p2l、…、pnl}，则po为满足min{|p-p1l|、|p-p2l|、…、|p-pnl|}时，pl中的某一点，其中|p-pnl|表示两点间的距离；
16、过点p5及边线lp1p2上一点p13做直线段lp5p13，并满足lp5p13平行于lp2p3；过点p6及边线lp3p4上一点p14做直线段lp6p14，并满足lp6p14平行于lp4p1；在边线lsp5p6上找到距离边线lp1p2最近的点p15，并过p15向边线lp1p2做垂线，记边线lp1p2上的垂足为点p16；
17、在lp1p16、lsp8p15上插入n1个点，将两线上相应位置处的插入点相连可形成n1条直线段，并记为线组lc1；在lp3p11、lsp7p9上插入n2个点，将两线上相应位置处的插入点相连可形成n2条直线段，并记为线组lc2；在lp13p16、lsp5p15上插入n3个点，将两线上相应位置处的插入点相连可形成n3条直线段，并记为线组lc3；在lp6p7、lp11p14上插入n3个点，将两线上相应位置处的插入点相连可形成n3条直线段，并记为线组lc4；在lp1p10、lsp6p8上插入n4个点，将两线上相应位置处的插入点相连可形成n4条直线段，并记为线组lc5；在lp3p12、lsp5p9上插入n4个点，将两线上相应位置处的插入点相连可形成n4条直线段，并记为线组lc6；
18、分别在lp2p12、lp5p13、lp15p16、lp1本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种轴流泵流体数值仿真结构化网格数字化划分方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的轴流泵流体数值仿真结构化网格数字化划分方法，其特征在于，根据坐标变换公式，容易实现不同半径圆柱截面上坐标与平面坐标的转换；针对单个叶片计算域，不同半径圆柱截面展开为平面后，单个叶片计算域的特征为，其外边界为一个平行四边形，其内边界为叶片，叶片的弦长与平行四边形的长对角线近似重合。
3.根据权利要求2所述的轴流泵流体数值仿真结构化网格数字化划分方法，其特征在于，不同半径圆柱截面上的坐标与平面的坐标转换公式为，Zp＝z，Xp＝r×θ，Zp与Xp分别为平面内直角坐标系的两个坐标轴，其中Zp与圆柱坐标系的z坐标相同。
4.根据权利要求3所述的轴流泵流体数值仿真结构化网格数字化划分方法，其特征在于，以“P+编号”的形式表示某点，以“L+PX+PY”的形式表示某直线段，直线段的两个端点分别是PX和PY，X和Y是点的编号，类似的，以“LS+PX+PY”的形式表示某曲线段。
5.根据权利要求4所述的轴流泵流体数值仿真结构化网格数字化划分方法，其特
6.根据权利要求5所述的轴流泵流体数值仿真结构化网格数字化划分方法，其特征在于，过点P1向边线LSP5P6做垂线，记边线LSP5P6上的垂足为点P8；过点P3向边线LSP5P7做垂线，记边线LSP5P7上的垂足为点P9；过点P6向边线LP4P1做垂线，记边线LP4P1上的垂足为点P10；过点P7向边线LP3P4做垂线，记边线LP3P4上的垂足为点P11；过点P5向边线LP2P3做垂线，记边线LP2P3上的垂足为点P12。
7.根据权利要求6所述的轴流泵流体数值仿真结构化网格数字化划分方法，其特征在于，插入点的过程中，边线LP4P1和LP2P3上对应位置处点的纵坐标Zp相等，即将边线LP4P1平移至LP2P3处，其上的点完全重合。
8.根据权利要求6所述的轴流泵流体数值仿真结构化网格数字化划分方法，其特征在于，插入点的方式可以为等间隔方式插入或以遵循某种规律的不等间隔方式插入。
9.根据权利要求6所述的轴流泵流体数值仿真结构化网格数字化划分方法，其特征在于，根据转换公式，可将二维平面网格节点坐标转换为三维圆柱截面上的坐标；对不同半径处的截面进行上述操作即可得到空间中的体网格节点坐标。
10.根据权利要求6所述的轴流泵流体数值仿真结构化网格数字化划分方法，其特征在于，在多个半径r1、r2…rM，进行上述操作，并根据Zp＝z，Xp＝r×θ，将其逆变换至空间圆柱坐标系中，即可完成空间中的网格划分。
...【技术特征摘要】
1.一种轴流泵流体数值仿真结构化网格数字化划分方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的轴流泵流体数值仿真结构化网格数字化划分方法，其特征在于，根据坐标变换公式，容易实现不同半径圆柱截面上坐标与平面坐标的转换；针对单个叶片计算域，不同半径圆柱截面展开为平面后，单个叶片计算域的特征为，其外边界为一个平行四边形，其内边界为叶片，叶片的弦长与平行四边形的长对角线近似重合。
3.根据权利要求2所述的轴流泵流体数值仿真结构化网格数字化划分方法，其特征在于，不同半径圆柱截面上的坐标与平面的坐标转换公式为，zp＝z，xp＝r×θ，zp与xp分别为平面内直角坐标系的两个坐标轴，其中zp与圆柱坐标系的z坐标相同。
4.根据权利要求3所述的轴流泵流体数值仿真结构化网格数字化划分方法，其特征在于，以“p+编号”的形式表示某点，以“l+px+py”的形式表示某直线段，直线段的两个端点分别是px和py，x和y是点的编号，类似的，以“ls+px+py”的形式表示某曲线段。
5.根据权利要求4所述的轴流泵流体数值仿真结构化网格数字化划分方法，其特征在于，对单个叶片计算域平行四边形外边界作如下定义：短对角线的两个顶点，在叶片叶背一侧的定义为p1，在叶片叶面一侧的定义为p3；长对角线两个定点，靠近叶片导边一侧的定义为p2，靠近随边一侧的定义为p4；根据以上定义，平行四边形外边界的四条边线分别为lp1p2、lp2p3、lp3p4、l...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱继涛，王仁智，徐宝居，戴原星，赵建，秦飞龙，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇八研究所，
类型：发明
国别省市：
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