新型重叠网格洞面优化方法及其应用

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSin／caMar．252016V01．37No．3826-835ISSN1000．6893ON11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．CFIhkxb@buaa．edu．cn新型重叠网格洞面优化方法及其应用王文1，阎超1’*，袁武2，席柯1，黄宇11．北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京1000832．中国科学院超级计算中心，北京100190摘要：高度自动化的洞面优化方法是重叠网格关键技术之一。通过对割补法的分析，针对其洞面切割后洞边界位置不确定性及不可预知性

2、问题，提出将其与物面距离优化准则相结合的新型混合洞面优化方法。该方法针对各物体间体网格，采用物面距离优化准则，将洞边界位置控制在物体中问的位置，使重叠区域更合理、可预测；针对背景网格，将其物面距离设置为较大值，采用物面距离优化准则将其落人物体网格内部的单元一并挖去；针对物面处重叠的网格，采用割补法对其进行切割和填补，保证物面及近壁面网格得以有效的重叠。该方法在保证高适用性的前提下提高了网格重叠质量，自动化程度高，无需人工干预。3个典型复杂流动算例计算结果与实验结果吻合良好，网格重叠区域流场变量传递正确，等值线过渡光滑，流场刻画准确，证明该方法准确可

3、靠。关键词：计算流体力学；重叠网格；物面距离；割补法；洞面优化中图分类号：V211．3文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)03—0826—10结构网格重叠方法[1]需将计算域划分成多个简单的子区域，在各子区域单独生成网格，子区域网格之间存在相互重叠关系，通过插值进行流场信息传递。重叠网格放宽了网格拓扑要求，极大地降低了网格生成难度，保证了网格生成质量，因此广泛应用于具有复杂构型的物体[21及多体相对运动数值模拟[3。4o中。洞面优化方法[53是重叠网格关键技术之一，其目的是为改善重叠区域，将“挖洞”过程后建立的初始插值边界推离物面

4、，从而避免插值点落人边界层内部降低流场求解精度。插值边界的位置以及它与贡献单元的相互匹配关系影响整个流场的计算，因此插值边界的确定是整个洞面优化过程的关键。常见的洞面优化技术有阵面推进方法L6j、割补法[71及隐式切割技术凹。1叩等。阵面推进技术反复利用阵面的推进来进行网格挖洞。割补法建立在阵面推进技术迭代优化思想基础上，洞边界点离散的做推进运动，在挖洞结束后经切割和填补两个阶段改善洞面质量，最终在远离物面处形成网格重叠。北京航空航天大学阎超课题组针对割补法进行了大量的研究和改进。范晶晶等¨11提出VotexMethod和VolumeMethod方

5、法，Vo—texMethod在传统割补法基础上对切割过程中的中间单元进行标记，以避免网格填补过程中重叠区域网格进入物面内部；VolumeMethod在洞面优化过程中考虑网格匹配性，以单元体积作为切割阶段优化准则，增强了重叠区域网格单元匹配性，减小了插值误差；袁武等[123采用双阵面推进技术，解决了某些极端情况下第二层插值边界收稿日期：2015．02．02；退修日期：2015一03-01；录用El期：2015·03—16；网络出版时间：2015．03·2613：17网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／11．1929．V201

6、503261317002．html*通讯作者．Tel：010—82317019E-mail：yanchao@buaaedu．cn礅用格武

7、壬文．镝超．袁武。等新型重叠礴格溺面优化方法及其应用l∞．航空学报．2016，37(3)：826-835WANGW，YANc．YUANW，eta1．NoveloverlappingoptimizationalgorithmofoverlappinggridanditsapplicationsEJJActaAeronaut／caetAstro—nauticaSin／ca，2016，37(3)：826-835．王文，

8、等：新型重叠网格洞面优化方法及其应用无法建立的问题。美国国家航空航天局(NASA)开发的重叠网格软件PEGASUS5[51采用单元差别系数(CellDifferenceParameter，CDP)来控制插值阵面的位置以及相应单元的插值方向。Lee和Baeder[8]通过模糊挖洞和洞面优化过程的界限，提出隐式挖洞方法(ImplicitHoleCutting)，即在寻找贡献单元的过程中将“最优质量”单元挑选出来作为正常单元，参与流场计算，非“最优质量”单元则进行正常单元插值，从而实现重叠信息的传递；刘秋洪等[9‘1。3在文献E83的基础上提出多层嵌套重

9、叠网格策略，利用网格“簇”和“层”的概念生成多层多块结构化贴体嵌套重叠网格，节省了网格单元总数，并使网格的分布更加合理，不