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非结构化网格生成技术研究及应用

董亮  
【摘要】: 网格生成技术广泛应用于计算流体动力学中,是制约该领域发展的关键因素之一。模拟结果的精度及计算过程的效率,主要取决于所采用的网格和算法。目前,针对水泵CFD网格划分研究较少,且国内还没有专门针对水泵行业的通用商业网格划分软件。由于泵结构复杂,现有的商业网格划分软件用于直接划分水泵网格时很难生成高质量的网格,有时甚至无法直接划分。因此针对水泵网格生成技术及应用的深入研究具有重要的理论意义和社会经济效益。 本文的主要研究内容和成果有: (1)在分析大量文献的基础上,对流体机械CFD中的网格生成方法进行了较为全面的总结,系统地分析了这些网格划分方法的机理、特点及其适用范围。对曲面网格生成技术、动网格技术、自适应网格等特殊的网格生成技术进行了详细地阐述。指出了良好的网格生成方法应具备的特点。 (2)针对目前二维Delaunay加密算法不能够同时控制网格步长和网格质量的缺点,提出了一种质量系数法和限定步长法相结合的二维Delaunay网格加密算法,实现了对网格步长和质量的同时控制。此外,在网格加密的过程中,把三角形网格单元分为等边三角形、等腰三角形和普通三角形等三种单元类型,并针对不同单元类型采用不同节点插入方法,提高了加密算法的效率。 (3)目前最常用的曲面网格生成方法是映射法。针对映射法容易产生畸变而导致网格质量较差的问题,提出了一种黎曼度量和前沿推进技术相结合的曲面网格生成方法。该方法利用参数平面和物理空间曲线长度之间的关系,对??参数域进行三角划分,然后映射到物理空间以消除映射过程中的畸变。 (4)Delaunay算法生成的三维网格中存在一定量的Sliver单元,严重影响了网格的质量。详细地分析了采用网格加密来消除Sliver单元的主要方法及其优缺点,并指出现有的加密算法并不能完全消除Sliver单元。另外,通过优化Sliver单元的判断方法对一消除算法进行了改进,使得在网格加密后能完全消除Sliver单元。 (5)为了实现网格划分软件和有限元软件之间数据通信,对Neutral file、Nastranbulk data file和Universal file等三种常用网格文件输入格式进行了深入地研究,描述了三种文件内部结构形式。在此基础上,编写了三种网格输出文件到求解器的接口程序,并给出了各接口程序实现的关键代码。


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