[发明专利]包含任意流固界面非定常不可压流动数值模拟方法及设备

说明书

本公开提供一种包含任意流固界面非定常不可压流动数值模拟方法及设备，方法包括使用非贴体网格正确识别流固界面；施加流固边界条件。前者包括：使用笛卡尔网格离散计算域，使用曲线坐标离散描述流固界面；描述界面‑网格关系，明确界面附近网格点所处空间域的信息，标识为对应网格点的空间域旗标；基于空间域旗标，明确所有网格点相对流固界面的位置信息，标识为对应网格点的网格线旗标。后者包括：基于信息重构算法，根据网格线旗标调整界面附近网格点的空间离散模板，以在空间离散控制方程时植入当地流固界面边界条件；控制方程的时间离散采用标准的时间分步格式。本公开的方法具有良好通用性和更高计算效率，且不牺牲准确度。

技术领域

本公开涉及计算流体力学领域，尤其涉及一种适用于包含任意流固界面的非定常不可压流动的快速准确数值模拟方法及计算设备。

背景技术

借助计算流体力学(computational fluid dynamics，CFD)方法模拟围绕物体的非定常流动是许多工程研究设计工作中的重要环节。为提高计算模拟结果对实际设计应用的参考价值，所模拟的物体外形往往需要与真实情况大致吻合，因此这些模拟问题中的流固界面往往较为复杂。在计算机算力得到极大提升的今天，使用传统的计算流体力学方法仍需要首先构建生成贴合复杂流固界面的计算网格，而后采用更为繁琐的控制方程离散方法实现数值模拟。随着仿真性要求的提升，所处理的流固界面具有更高的几何复杂性，以上两个问题导致采用传统CFD方法的数值模拟方案所消耗的计算资源也会相应地提升。而且，根据不同问题中的流固界面，需要构建不同的网格，采用不同的控制方程离散方法，这导致数值模拟方案具有对流动模拟对象的特殊性，而不具备一般普适性。

采用传统CFD方法来模拟复杂流固界面的非定常流动，计算资源消耗大、不具有通用性，在一定程度上限制了使用CFD方法对包含复杂流固界面的非定常流动问题进行数值模拟仿真。

发明内容

为了解决或者至少缓解上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种适用于包含任意流固界面的非定常不可压流动的数值模拟方法及计算设备。

根据本公开的一个方面，一种包含任意流固界面非定常不可压流动数值模拟方法，包括：

使用笛卡尔网格识别流固界面，包括：

使用笛卡尔网格离散描述模型问题的计算域，使用曲线坐标离散描述流固界面；以及

描述界面-网格关系，明确界面附近网格点所处空间域的信息，标识为对应网格点的空间域旗标；以及

基于空间域旗标，明确所有网格点相对流固界面的位置信息，标识为对应网格点的网格线旗标；以及

施加流固界面边界条件，包括：

根据网格线旗标，进行信息探测操作，调整流固界面附近网格点的空间离散模板，以在空间离散控制方程时植入当地流固界面边界条件；以及

对空间离散处理后的流动控制方程进行时间推进。

根据本公开的至少一个实施方式，所述根据网格线旗标，进行信息探测操作，调整流固界面附近网格点的空间离散模板，包括：

当某个网格点处于流体域，存在包含在该网格点空间离散模板中的相关网格点不处于流体域的情况时，采用信息重构算法进行信息探测。

根据本公开的至少一个实施方式，所述采用信息重构算法进行信息探测包括：

根据位于流体域的该网格点的流场信息以及交点的流场信息，沿网格线方向进行线性外推插值得到该相关网格点的虚拟流场信息；

所述交点为该网格点与该相关网格点之间的网格线与所述流固界面的交点。