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[Virtual.Lab] 多块重叠网格技术简介:处理复杂外形网格布局

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发表于 2017-11-3 09:58 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  一、多块重叠网格的基本原理
  多块重叠网格(也称之为嵌套网格)是一种处理复杂外形网格布局的有效形式,因其网格生成的便利而得到了广泛的应用。对具有相对运动的复杂结构采用动态重叠网格非常便利,子域间的相对运动不需要网格变形,更不需要重新生成网格,只需要在子域定义其运动规律且子域间有相互重叠。

  二、重叠网格的优势
        · 各子域网格单独生成,子域网格的生成不受限制;
        · 单个子域网格单独加密,不影响其它子域的网格;
        · 子域网格的运动不影响整体网格。

  三、重叠网格的缺点
        · 重叠网格间网格单元的匹配问题比较突出,比如一个网格可能会给其它几个网格提供贡献单元;
        · 插值守恒性问题,重叠网格的贡献单元一般采用三线性插值,而三线性插值没有考虑网格单元的物理量(质量、动量和能量)的守恒;
        · 重叠网格的前处理比较复杂,挖洞和贡献单元的搜索比较费时,特别的对于动态重叠网格在每个时间站位,都需要不断的挖洞和更新重叠边界。

  四、重叠网格的单元类型
  重叠网格的单元可分为三类:
        · 计算单元 (discretized cell)。在计算中计算单元通常被标记为ibk=1的单元,这类单元随流场计算不断更新其值;
        · 洞单元 (hole cell)。对于流场中物面所包含区域的单元需要剔除,这类单元不参与计算,其值始终是自由来流,这类单元被标记为ibk=0;
        · 重叠边界单元 (fringe cell)。重叠边界单元分为两类:一类是洞边界单元,被标记为ibk=2;另一类是人工外边界单元,被标记为ibk=3。重叠边界单元的值通过其贡献单元进行更新。
1.png
2.png

  五、重叠网格的计算步骤
  重叠网格的计算步骤主要包括以下几个步骤:
        · 各子域网格的生成;
        · 洞单元、重叠边界单元(洞边界和人工边界单元)的确定;
        · 贡献单元搜索,确立插值关系;
        · 流场计算。
  在定常计算中,前三步只进行一次;在非定常计算中,随着网格间相对位置关系的变化,需要重复进行以上几步,直至流场收敛。

  六、动态重叠网格
  动态重叠网格最大的困难在于,随着网格的运动各子域网格间相对位置在不断变化,需要重新确定洞区、洞边界和搜索重叠边界贡献单元,因此高效的挖洞技术和贡献单元搜索至关重要。

  七、洞区的确定
  在具有相对运动的非定常计算中,各子域网格间的相对位置在不断的变化,因此需要在每一个时间站位重新确定洞区、洞边界,并重新搜索贡献单元。传统的确定洞区的方法比较费时,常见的挖洞方法有Hole Map、隐式挖洞方法等。

  八、贡献单元的搜索
  在静态重叠网格方法中,贡献的单元的搜索需要针对每一个可能的单元进行测试,且需要测试的网格数目十分庞大,这就导致对于非定常计算时贡献单元搜索十分费时,常见的方法有InverseMap贡献单元的搜索方法等。

  来源:风流知音(ID:CFD1001)
  作者:一溪清泉

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