非结构化网格生成技术研究及应用

论文摘要

网格生成技术广泛应用于计算流体动力学中,是制约该领域发展的关键因素之一。模拟结果的精度及计算过程的效率,主要取决于所采用的网格和算法。目前,针对水泵CFD网格划分研究较少,且国内还没有专门针对水泵行业的通用商业网格划分软件。由于泵结构复杂,现有的商业网格划分软件用于直接划分水泵网格时很难生成高质量的网格,有时甚至无法直接划分。因此针对水泵网格生成技术及应用的深入研究具有重要的理论意义和社会经济效益。本文的主要研究内容和成果有:(1)在分析大量文献的基础上,对流体机械CFD中的网格生成方法进行了较为全面的总结,系统地分析了这些网格划分方法的机理、特点及其适用范围。对曲面网格生成技术、动网格技术、自适应网格等特殊的网格生成技术进行了详细地阐述。指出了良好的网格生成方法应具备的特点。(2)针对目前二维Delaunay加密算法不能够同时控制网格步长和网格质量的缺点,提出了一种质量系数法和限定步长法相结合的二维Delaunay网格加密算法,实现了对网格步长和质量的同时控制。此外,在网格加密的过程中,把三角形网格单元分为等边三角形、等腰三角形和普通三角形等三种单元类型,并针对不同单元类型采用不同节点插入方法,提高了加密算法的效率。(3)目前最常用的曲面网格生成方法是映射法。针对映射法容易产生畸变而导致网格质量较差的问题,提出了一种黎曼度量和前沿推进技术相结合的曲面网格生成方法。该方法利用参数平面和物理空间曲线长度之间的关系,对??参数域进行三角划分,然后映射到物理空间以消除映射过程中的畸变。(4)Delaunay算法生成的三维网格中存在一定量的Sliver单元,严重影响了网格的质量。详细地分析了采用网格加密来消除Sliver单元的主要方法及其优缺点,并指出现有的加密算法并不能完全消除Sliver单元。另外,通过优化Sliver单元的判断方法对一消除算法进行了改进,使得在网格加密后能完全消除Sliver单元。(5)为了实现网格划分软件和有限元软件之间数据通信,对Neutral file、Nastranbulk data file和Universal file等三种常用网格文件输入格式进行了深入地研究,描述了三种文件内部结构形式。在此基础上,编写了三种网格输出文件到求解器的接口程序,并给出了各接口程序实现的关键代码。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 网格生成技术研究现状
• 1.2.1 结构化网格
• 1.2.2 非结构化网格
• 1.2.3 混合网格
• 1.2.4 特殊网格生成方法
• 1.3 网格生成技术的发展趋势
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 二维Delaunay网格生成
• 2.1 Delaunay三角划分
• 2.1.1 Voronoi图
• 2.1.2 Voronoi图与Delaunay三角形的关系
• 2.1.3 Delaunay三角化算法
• 2.2 二维Delaunay加密算法的改进
• 2.2.1 现有的二维网格自动加密算法
• 2.2.2 改进的二维网格加密算法
• 2.3 二维Delaunay非结构化网格程序开发
• 2.3.1 程序开发环境
• 2.3.2 设计流程
• 2.3.3 数据结构
• 2.3.4 程序实现存在问题及解决方法
• 2.4 程序应用实例
• 第3章 空间参数曲面网格生成
• 3.1 实体模型数据的提取
• 3.1.1 OCC拓扑数据结构
• 3.1.2 OCC数据操作
• 3.1.3 模型接口及关键代码
• 3.2 参数曲面网格划分
• 3.2.1 参数曲面
• 3.2.2 黎曼度量
• 3.2.3 曲线的欧里几何长度
• 3.2.4 指定度量曲线的长度
• 3.2.5 背景网格的生成
• 3.3 曲面网格生成
• 3.3.1 空间边界曲线离散
• 3.3.2 曲面网格划分过程
• 3.4 曲面网格质量评价
• 3.5 曲面网格生成实例
• 第4章 三维实体网格生成
• 4.1 三维实体网格生成流程
• 4.2 边界恢复算法
• 4.2.1 约束边恢复
• 4.2.2 消除局部退化
• 4.2.3 丢失面恢复
• 4.3 Sliver单元消除
• 4.3.1 加密消除Sliver单元算法
• 4.3.2 算法改进
• 4.4 实体网格生成实例
• 第5章 网格输出
• 5.1 Neutral file格式输出
• 5.1.1 文件结构
• 5.1.2 接口程序及实例
• 5.2 Nastran bulk data file格式输出
• 5.2.1 文件结构
• 5.2.2 接口程序及实例
• 5.3 Universal File格式输出
• 5.3.1 文件结构
• 5.3.2 接口程序及实例
• 第6章 总结和展望
• 6.1 研究总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文及研究工作