分层嵌套重叠网格自适应树结构动态组装方法

《分层嵌套重叠网格自适应树结构动态组装方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、航空学报ActaAerOnauticaetAstrOnauticaSinIcaMar252017V01．38No．3SSN1000—6893CN11—1929／Vhttp：∥hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．educn分层嵌套重叠网格自适应树结构动态组装方法李晓东，屈毙*，蔡晋生西北工业大学航空学院，西安710072摘要：采用重叠网格可以有效地进行复杂流动的大规模数值模拟，特别是包含运动部件(如旋翼、投弹)的动态模拟。本文将树结构的自适应直角网格用于重叠网格组装过程中的切割和贡献单元的搜索，大大加快重叠网格的组装速度。通过二叉树自适应直角网格对物体外形进行

2、离散，实现切割过程的快速定位；采用八叉树自适应直角网格对流场区域进行离散，高效地搜索贡献单元。使用基于壁面距离准则的重叠区域最小化方法和分层嵌套重叠策略，能提高重叠网格组装的效率和质量。对于具有运动部件的动态重叠网格问题，采用多个二／八叉树减少组装过程中信息更新的冗余计算，从而大幅度减少重叠网格组装的时间消耗。实际算例的重叠网格组装结果说明本文发展的重叠网格组装方法具有很高的计算效率，可以满足运动边界复杂流动问题的动态计算要求。关键词：嵌套重叠网格；二叉树；八叉树；自适应直角网格；动态网格；非定常流动；计算流体力学中图分类号：V211．3文献标识码：A文章编号：1000一6

3、893(2017)03—120243一lO随着复杂流动问题研究的进一步发展，数值模拟对网格生成效率和质量提出了更高的要求，高质量网格是影响cFD计算的关键因素口]。目前，许多图形界面化的商业软件采用多块对接技术能处理复杂几何形状的网格生成问题，但对复杂外形生成统一的结构化贴体网格仍是一项艰巨的工作。采用重叠网格技术[2]，将流动区域分成若干相互重叠的子区域，对各不同区域可单独生成拓扑较简单的结构化网格。因此，重叠网格技术有效地降低了复杂外形网格的生成难度，大大拓展了结构化网格求解技术的应用范围。同时，由于在处理运动部件方面的优势，重叠网格技术在载荷分离、旋翼等[3。4]领域

4、得到广泛应用。重叠网格技术的关键在于重叠网格的组装，所谓组装，包含了切割(也被称为挖洞)和贡献单元搜索2个过程。在切割过程中，需要将与固体区域重叠的网格单元(格点计算方式是网格点)以及其他不必参与计算的网格单元标记出来。而在贡献单元搜索过程中，对于每个需要插值的网格单元，需要寻找一个包含它且能提供最佳插值模板的单元作为贡献单元，并计算出相对应的插值系数。然而重叠网格切割和贡献单元搜索都是费时的寻点过程。国内外学者对重叠网格的组装方法进行了大量的研究。Chiu和Meakin[51提出采用均匀笛卡儿网格的洞映射(HoleMap)方法提高了挖洞效率，但洞映射方法在识别缝隙处的物面

5、时需要较大的内存。Meakin[63提出了目标X射线法进行挖洞，该方法具有较好的鲁棒性。PEGASUS5[7]将洞映射方法和视线法结合来提高挖洞的效率。Wang等[8]采用ADT树结构实现重叠网格组装的加速。Noack[93采用二叉树方法的自适应直角收稿日期：2016—03—21；退修日期：2016—04—12；录用日期：2016—04—27；网络出版时间：2016—05—0414：16网络出版地址：www．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20160504．1416．010．html基金项目：国家“973”计划*通讯作者E—mai

6、：kunqu

7、@nwpueducn}

8、搠格武；李晓东，屈毙．蔡晋生i分层嵌套重叠两格自适应树结构动态组装方法[曲航空学报．2017，38(3)：120243L

9、XO．QUK．cA

10、Js．Adynamicassemb

11、ingmethodbasedonadaptivet治estmcmreforhierarchica

12、oversetgr

13、dsi如jActaAeronaulicaelAstronaut

14、cas’n

15、ca．20

16、7．38(3)：120243．120243．1航空学报网格加速了重叠网格的寻点。此外，为有效减小网格的重叠区域，提出了扩张收缩法[5]、割补法[∽3等；同时，SUGGAR+

17、+[1妇采用网格体积、壁面距离等标准进行了重叠区域最小化。在国内，袁武[12。3

18、、王文[14。15

19、、淮洋口胡等改进了洞映射方法和割补法，提高了洞映射法的分辨能力和重叠网格的组装质量。Lee和Baeder[171提出了一种重叠网格隐式切割方法，该方法采用统一的切割准则进行网格切割，简化了重叠网格“切割”的概念。Landmann和Montagnac[18]提出采用ADT技术和并行切割的方法加速隐式切割进程。刘秋洪等[19。2叩提出了多层嵌套重叠隐式切割方法，将重叠网格组装分为嵌套切割和重叠切割2个过程，简化了贡献单