[发明专利]笛卡尔网格下的壁面距离的计算方法及装置

说明书

本申请公开了笛卡尔网格下的壁面距离的计算方法及装置，通过获取物面几何文件；根据物面几何文件的物面三角形顶点信息，确定基于嵌套包围盒概念的数据索引结构；确定目标笛卡尔网格点；根据基于嵌套包围盒概念的数据索引结构和目标笛卡尔网格点。通过优化基于嵌套包围盒概念的数据索引结构的最近邻搜索算法中距物面较远数据点回溯过程，实现最小距离对应的三角形的快速定位，确定目标笛卡尔网格点到物面几何文件的最小距离的点对应的空间三角形，精确高效地计算目标笛卡尔网格中心到定位的三角形之间的最小距离；将最小距离确定为壁面距离。

技术领域

本申请属于流体力学技术领域，尤其涉及笛卡尔网格下的壁面距离的计算方法及装置。

背景技术

笛卡尔网格下实现壁面距离的精确高效计算具有重要意义：一方面，由于笛卡尔网格的非贴体特性，通常采用虚拟单元法处理物面边界，需要根据物面确定虚拟单元的壁面距离，寻找参考点并插值获得其物理量，壁面距离精确计算对虚拟单元物面处理精准度有较大影响；另一方面，对于非定常流动或运动物体，笛卡尔网格会根据流场的变化或物体的运动进行自适应，自适应后的网格壁面距离需重新计算，壁面距离计算效率成为制约流动计算效率的关键因素之一。

目前，壁面距离的计算方式主要分为求解偏微分方程和采用几何方法直接计算两类：第一类方法，将最小距离转换为关于波传播问题的偏微分方程数值求解，需要额外的计算花费，壁面距离计算精度受数值离散精度的影响，且对于复杂外形适应性较差。第二类方法是根据空间点与物面离散网格的几何关系计算壁面距离。通常，为简单起见，在物面网格足够密的情况下，求空间网格点的壁面距离时一般采用空间点到物面网格中心的距离代替最小距离，但是这种近似距离往往引起计算误差，不仅影响计算结果的精度，而且对计算稳定性造成影响。为提高计算精度，可采用根据空间点关于物面网格所在平面投影点与物面网格的几何关系计算壁面距离的3D投影法，以及通过坐标变换转化为二维问题的2D法，但这些方法涉及大量向量计算和关系判断，计算量较大。

在几何方法求解壁面距离时，由于物面网格数目较大，计算效率的核心问题是如何快速定位到最短距离相关的物面网格，物面网格数据结构是关键。

最常见的方法是将物面网格顺序存入数组，采用遍历法搜索物面点得到壁面距离。网格规模较小时，计算量尚在承受范围之内。但是对于三维复杂几何外形的流场计算，物面网格数量可达到O(10⁵)~O(10⁶)量级，空间网格点可达到O(10⁸)~O(10⁹)量级，采用遍历法计算量达到O(10¹³) ~O(10¹⁵)量级。此种规模的计算量对整个计算周期的影响是巨大的。采用ADT（Alternating Digital Tree，交替数字二叉树）叉树数据结构存储物面网格，计算效率可大幅提高，成为目前最常用的物面网格数据存储方式，但对复杂外形，ADT平衡性下降，计算效率仍然差强人意。采用传统的KDT存储物面网格，虽然解决了ADT平衡性问题，计算效率进一步提升，但对于离物面较远的空间点，在运用KDT（KDT树，一种多维空间数据索引结构）最近邻搜索算法时，超球面与分割面位置关系判断失准，需要反复回溯，计算量大。

发明内容

本发明意在提供笛卡尔网格下的壁面距离的计算方法及装置，以解决现有技术中存在的不足，本发明要解决的技术问题通过以下技术方案来实现。

第一个方面，本发明实施例提供笛卡尔网格下的壁面距离的计算方法，所述方法包括：

获取物面几何文件；

根据所述物面几何文件的物面三角形顶点信息，确定基于嵌套包围盒概念的数据索引结构;

确定目标笛卡尔网格点；

根据所述基于嵌套包围盒概念的数据索引结构和所述目标笛卡尔网格点，确定所述目标笛卡尔网格点到物面几何文件的最小距离的点对应的空间三角形；