重叠网格自动处理技术及其应用

论文题目: 重叠网格自动处理技术及其应用

论文类型: 硕士论文

论文专业: 流体力学

作者: 庞宇飞

导师: 李桦

关键词: 重叠网格,拓扑

文献来源: 国防科学技术大学

发表年度: 2005

论文摘要: 网格技术是CFD(Computational Fluid Dynamics)领域中的关键技术。随着CFD涉及问题的复杂化,网格技术在两个方向上逐步发展:一方面针对不断复杂的外形处理需求改进网格方法,从而能够模拟复杂飞行器及其各个气动部件的细节;另一方面发展适应扑翼、多体分离等变几何外形问题的网格方法,使得CFD的工程应用领域不断拓宽。这其中,重叠网格方法是一个较有活力的研究方向。当然,重叠网格方法在目前的实际应用中也存在一定的困难和不足:在复杂外形的流场计算问题中,重叠网格以其空间耦合小,适应复杂外形能力强而拥有明显的优势,然而却有确定重叠边界的”挖洞”过程以及确定重叠边界插值关系的”洞点映射”过程等一系列预网格处理问题没能很好解决。多年来,重叠网格的应用基本上是根据一套繁琐的处理方法,针对具体外形编写具体程序的处理过程来实现,成为长期以来制约重叠网格应用的瓶颈。同时在计算外形随时变化的动网格问题中,重叠网格的预处理效率是一个关键。传统重叠边界的插值信息处理效率低下,而考虑到动网格问题一般均是耗时巨大的非定常问题,每一时间步都需要重新处理重叠边界插值信息,效率几乎是第一要素,原来几十分钟一次的处理时间使得重叠网格无法在这类问题中真正得到实际的应用。本文的研究工作便是针对重叠网格应用中的这些问题展开。对于重叠网格对复杂外形适应能力问题,本文借用拓扑学中关于几何外形拓扑关系的新思路,即射线判别法,发展出”重叠网格交点判别法”并编写相应软件,实现了与几何外形无关、无须人工干预的通用、自动化重叠网格预处理。对于重叠网格在动网格应用中的计算效率问题,本文通过进一步研究插值信息的高速查询方法,提出不同于传统算法思路,以现代计算机大内存为基础,用计算机物理内存空间换计算时间的”Mosaic”方法以及应用基于二叉树数据结构的ADT(Alternating Digital Tree)方法两类方法,成功的将原处理时间提高了两个数量级——即将网格规模在百万量级的重叠网格预处理时间从传统方法的耗时30～60分钟提高到几十秒钟,从而成功解决了这一问题。通过本文的研究,使我们应用重叠网格处理复杂外形的能力得到显著提升并使我们基于结构网格做的许多研究工作,如各种差分格式以及各种湍流模型的比较研究、大攻角问题等专项研究平滑地过渡到基于重叠网格的动网格应用领域来,较大地拓展了我们的研究应用领域。

论文目录:

摘要

第一章 引言

1.1 研究背景

1.1.1 网格技术简介

1.1.2 重叠网格技术简介

1.1.3 机弹分离数值模拟研究背景和进展

1.2 本文的研究方向

1.3 国内外同类技术水平和发展趋势

1.4 本文工作的主要内容及创新点

第二章 单套网格生成方法及重叠网格边界信息插值

2.1 超限插值代数方法

2.1.1 超限插值法的原理

2.1.2 超限插值代数网格的特点

2.2 椭圆方程网格

2.2.1 基本公式

2.2.2 控制项的算法

2.2.3 曲率修正法

2.3 本章小结

第三章 重叠网格自动挖洞技术

3.1. 重叠网格方法的技术特点

3.1.1 重叠网格的一般过程

3.1.2 洞点的确定

3.1.3 重叠网格边界信息插值方法

3.2 交点判别法

3.2.1 基本思路

3.2.2 具体实施方法

3.3 本章小结

第四章 重叠网格插值边界高速生成方法研究

4.1 两种待选方案

4.1.1 基于时间--空间转换的Mosaic 方法

4.1.2 基于ADT 的数据处理方法

4.2 方法验证

4.2.1 方法的效率验证

4.2.2 通用性

4.3 更高效的策略

4.4 本章小结

第五章 数值计算方法

5.1 流场计算方程及求解方法

5.1.1 控制方程

5.1.2 方程的离散及求解

5.1.3 对流项和扩散项差分格式

5.2 六自由度方程及求解

5.2.1 坐标系定义

5.2.2 弹的动力学方程和运动学方程

5.2.3 方程的求解

5.3 本章小结

第六章 验证算例

6.1 自动挖洞验证算例

6.1.1 测试算例

6.1.2 应用算例

6.2 挖洞结果计算验证

第七章 在静态问题与动态问题中的初步应用

7.1 在静态问题中的应用

7.1.1 自动挖洞验证

7.1.2 数值计算验证

7.2 在外挂投放问题中的初步应用

7.2.1 计算效率验证

7.2.2 数值计算验证

第八章 结论

8.1 本文完成的工作

8.2 工作的不足与今后的努力方向

致谢

参考文献

发布时间: 2006-09-14

参考文献

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