[发明专利]自适应于流场特征的度量正交网格自动生成方法及装置

说明书

本申请公开了一种自适应于流场特征的度量正交网格自动生成方法及装置，包括：对经过任意流场求解器求解得到的初始网格和求解结果进行预处理，构建与求解结果相关的度量张量场；根据所述的度量张量场，基于误差判断准则，对初始网格进行自适应的细分及调整处理，得到细分调整的网格；从所述细分调整的网格中挖洞提取出激波特征区域子网格，并保留剩余网格；对所述激波特征区域子网格采用前沿推进局部重连方法，进行度量正交网格重构生成，得到激波梯度度量正交的子网格；将所述激波梯度度量正交的子网格和所述剩余网格进行网格合并及光滑处理，得到度量正交网格。

技术领域

本发明涉及计算空气动力学非结构网格生成领域，尤其涉及一种自适应于流场特征的度量正交网格自动生成方法及装置。

背景技术

随着计算空气动力学的发展，基于非结构网格的数值计算技术得到了广泛的研究与发展，利用非结构网格表征的飞行器外流场，发动机进气道内流场，螺旋桨叶片外流场，返回舱外流场等，作为相关空气动力学数值计算求解器软件的输入，已经能够得模拟得到接近于物理实验的结果了。基于非结构网格的流场网格生成方法已经作为国家数值风洞项目的重要研究方向。

非结构网格在空气动力学的工程与科学计算中具有重要的应用，可以适应各种复杂的流场区域，但是对于流场的激波特征区域只有用度量正交的网格进行离散才能和现有的面向流体的数值计算求解器算法配合。如果网格单元的尺寸大小，数目，形状，方向，分布范围不适应于流场特征，那么即便数值求解器的相关算法多么鲁棒可靠，即使将网格细分到多么密集，计算结果都无法收敛到真实结果，甚至整个数值求解过程就是发散的，数值残差是剧烈振荡的，那样得到的数值计算结果是毫无物理意义，且对实际的工程应用没有指导意义。所以如何得到数目，形状，方向，分布范围适应于流场特征，在流场激波特征区域度量正交的网格是当前计算空气动力学非结构网格生成领域的技术难点。

目前常用的技术方案如下：

(1)将致密的初始网格利用特定流场求解器进行数值求解；

(2)根据求解结果中流场密度或其他物理场的云图，依据人工经验，判断激波的特征结构，设置阈值，提取等值线或面，作为激波特征。这里提取的等值线或面往往是存在噪声的，所以往往还需要人工对提取处的等值线或面进行过滤降噪；

(3)根据人工经验，利用CAD数字模型对等值面进行拟合，得到激波线或面的数模表征。这里由于激波可能存在反射和相交等情况，所以需要人工先对所述等值线面进行分割，再对每个分割的子集分别进行所述拟合；

(4)利用初始网格的边界和所述拟合得到激波数模表征，进行附面层网格重新生成，得到在流场激波特征区域度量正交的网格。

综上，现有的方法存在如下缺点：

(1)需要大量的人工交互，激波特征结构的判断，等值线或面的提取，等值线线或面的分割，利用CAD数字模型进行拟合，都需要依赖人工经验和人工操作，自动化程度低。

(2)需要对激波特征进行CAD数字模型拟合，对于复杂的激波结构，很难利用CAD数字模型进行表征，且涉及的具体操作步骤会非常复杂，因此往往无法处理复杂的激波特征。

(3)对初始网格的网格单元疏密分布情况有特殊需求，需要非常致密的初始网格，否则提取处的等值线或面会不符合后续步骤的要求，但是非常致密的初始网格，意味着更大的数值求解的计算资源要求，会造成计算资源的浪费。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种自适应于流场特征的度量正交网格自动生成方法及装置，以解决上述相关技术中存在的不足。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种自适应于流场特征的度量正交网格自动生成方法，包括：

对经过任意流场求解器求解得到的初始网格和求解结果进行预处理，构建与求解结果相关的度量张量场；