一种高效的壁面距离计算方法

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1、第1卷第2期航空工程进展V01．1No．22010年5月ADVANCESINAERONAUTlCAI。SCIENCEANDENGINEERINGMay2010文章编号：1674—8190(2010)02—137—06一种高效的壁面距离计算方法李广宁，李凤蔚，周志宏(西北工业大学航空学院，西安710072)AnEfficientMethodforCalculatingWallDistanceLiGuangning，LiFengwei，ZhouZhihong(SchoolofAeronautics，N

2、orthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)摘要：采用CFD(ComputationalFluidDynamic)技术进行湍流效应数值模拟时，经常需要计算流场网格点到最近壁面的距离。当网格规模很大，特别是针对一些动网格问题。壁面距离的计算量很大且费时，影响整个流场求解效率。本文对壁面距离计算的直接算法和基于二叉树技术的ADT(AlternatingDigitalTree)快速算法进行了对比分析和研究，提出了一种高效的、基于方盒切割技术的

3、快速计算方法。并采用不同外形的CFD计算网格对该方法进行了验证。计算结果表明，新方法的壁面距离计算效率明显高于直接算法和ADT算法，并具有较好的鲁棒性和通用性，可以便捷地移植到现有的CFD计算程序中，从而提高整个流场的数值计算效率。关键词：CFD；湍流模型；壁面距离；ADT树；二叉树；方盒切割中图分类号：V211．3文献标识码：AAbstract：TheproblemofcalculatingthedistancetOthenearestwallfromallgridpointsinacomput

4、ationalvolumemeshisoftenencounteredwhenaturbulencemodelisusedtosimulatetheflow-fieldwithcomputationalfluiddynamic(CFD)technique．Theefficiencyofwalldistancecalculatingisveryimportantwhenthesizeofcomputationalgridisverybigforsomeflowcase．Insomeapplicati

5、onsthewalldistanceiscomputedonlyonceandsaved，butfortheproblemwithmovinggrid，thecalculationofwalldistanceneedstobecomputedrepeated—lyandthecostofcalculatingisexpensive．Bycomparingthedirectmethodwhichisusedtocalculatethenearestwalldistanceforagivengridp

6、ointbycheckingthedistancetOeverysurfacepointandkeepingtheminimum，andthealternatingdigitaltree(ADT)methodwhichisbasedonthetechniqueofanespecialbinarytree。anewefficientcalculatingmethodforthewalldistancewithbox-splittingisproposed，andsomedifferentCFDgri

7、dsareusedtoverifytheefficiencyofthenewmethod．Theresultsshowthatthenewmethodisrobustandeffi—cient，andthenewmethodcanbeeasilyimplementedintocurrentCFDsoftwaretoimprovetheefficiencyofcomputationforflow-fieldsimulation．Keywords：CFD；turbulencemodel；walldis

8、tance；alternatingdigitaltree；binarytree；box-splitting0引言采用CFD技术进行数值模拟的物理问题中，常常需要计算空间区域中各离散点到最近壁面的距离，例如，在流场湍流效应数值模拟过程中，许多湍流模型都要计算壁面距离[1训。当几何外形很复杂、网格规模很大时，壁面距离的计算量很大，会对整个流场计算效率产生很大的影响。尤其是对一些动网格问题，如武器投放、伞兵空降等，需要反复收稿日期：2009—12—22；修回日期：2010—03—11通信