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《西南科技大学》 2016年
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基于NURBS表面三角化的高精度CFD网格生成技术研究

戴峰  
【摘要】:随着计算流体力学领域待解决问题复杂程度的不断提高,传统的统一贴体结构网格已不能很好地满足针对复杂外形的高精度网格生成需求。非结构网格以其独特优势受到CFD工作者的普遍关注。一方面,非结构性意味着较好的几何灵活性,能有效描述复杂的外形,从而对几何外形具有良好的适应性;另一方面,其随机数据结构非常利于进行网格自适应,因而可以更好地提高CFD模拟的计算效率和计算精度。本文围绕复杂外形的非结构网格生成技术,开展了如下研究工作:(1)认真调研了国内外非结构网格生成方面的最新研究进展,针对目前常用的Delaunay方法、阵面推进法和四叉树/八叉树方法等非结构网格生成技术,对比分析了它们在复杂外形情况下的网格生成质量。(2)研究了二维平面域的三角形网格生成技术。针对Delaunay三角化方法中的逐点插入算法,设计出一种简洁高效的数据结构,并利用C++编程语言中的STL标准库和面相对象思想实现了该算法,能够快速地生成二维平面域的三角形网格。(3)研究了曲面三角化和四面体网格生成方法。根据软件工程领域模块复用的思想,借助Spider软件的部分结构网格功能来实现非结构网格生成。对于曲面三角网格,其生成思路是将结构网格转化非结构,然后利用结构网格中的参数化附面层推进技术;而四面体网格生成则仍然采用Delaunay方法。因此,可以得到带有附面层(三棱柱)单元的非结构网格,实现了结构与非结构底层数据的完美对接,提高了非结构网格的生成效率。(4)研制出基于Spider软件平台的非结构网格模块“UGCS”。综合二维、三维非结构网格生成和结构网格的附面层推进特色功能,采用C++编程语言开发了UGCS模块(已集成到Spider软件),并生成了大量非结构网格。CFD模拟结果表明UGCS模块非常稳定,而且其生成的网格质量较高。
【关键词】:非结构网格 Delaunay 方法 表面三角化 附面层网格
【学位授予单位】:西南科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O35;TP391.7
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-10
  • 1 绪论10-22
  • 1.1 研究背景和意义10-14
  • 1.2 网格生成技术研究概况14-19
  • 1.2.1 笛卡尔网格14-15
  • 1.2.2 结构网格15-17
  • 1.2.3 非结构网格17-19
  • 1.2.4 混合网格19
  • 1.3 本文内容安排19-22
  • 2 二维非结构网格生成技术研究22-39
  • 2.1 引言22-23
  • 2.2 三种常用的二维非结构网格生成方法23-27
  • 2.2.1 Delaunay三角化方法23-24
  • 2.2.2 阵面推进法24-26
  • 2.2.3 四叉树/八叉树法26-27
  • 2.3 Delaunay逐点插入法生成非结构网格27-32
  • 2.3.1 基本理论27-29
  • 2.3.2 算法基本流程29-31
  • 2.3.3 数据结构定义31-32
  • 2.4 网格优化与质量评估32-35
  • 2.4.1 Laplacian迭代法32-33
  • 2.4.2 边交换技术33-34
  • 2.4.3 网格质量评估34-35
  • 2.5 二维非结构网格生成实例35-38
  • 2.6 小结38-39
  • 3 基于NURBS曲面三角化的非结构网格生成技术研究39-59
  • 3.1 引言39
  • 3.2 NURBS曲线与曲面39-46
  • 3.2.1 B样条曲线40-44
  • 3.2.2 非均匀有理B样条曲线44-45
  • 3.2.3 非均匀有理B样条曲面45-46
  • 3.3 NURBS曲面三角化46-50
  • 3.3.1 映射法生成曲面三角网格47-49
  • 3.3.2 结构转化非结构法生成曲面三角网格49-50
  • 3.4 空间四面体网格生成技术研究50-54
  • 3.4.1 算法说明50-51
  • 3.4.2 数据结构51-52
  • 3.4.3 算法执行52-53
  • 3.4.4 正确性检测53-54
  • 3.5 三维非结构网格生成实例54-57
  • 3.5.1 缝隙网格填充实例54-55
  • 3.5.2 外场网格填充实例55-56
  • 3.5.3 带有附面层的网格实例56-57
  • 3.6 小结57-59
  • 4 软件平台以及非结构模块的开发59-68
  • 4.1 引言59-60
  • 4.2 Spider软件60-62
  • 4.2.1 软件概述60-61
  • 4.2.2 Spider软件功能介绍61-62
  • 4.3 非结构模块(UGCS)的设计62-66
  • 4.3.1 开发环境62-63
  • 4.3.2 结构设计63-64
  • 4.3.3 主要功能模块设计及其实现64-66
  • 4.3.4 控制器与可视化66
  • 4.4 小结66-68
  • 5 算例验证与分析68-78
  • 5.1 引言68
  • 5.2 基于非结构网格的数值计算方法68-69
  • 5.2.1 控制方程68
  • 5.2.2 空间离散68-69
  • 5.2.3 隐式时间离散69
  • 5.3 算例应用69-77
  • 5.3.1 某型号导弹湍流模拟70-73
  • 5.3.2 某型号机翼计算模拟73-77
  • 5.4 小结77-78
  • 6 总结与展望78-80
  • 6.1 本文的工作总结78-79
  • 6.2 展望未来79-80
  • 致谢80-82
  • 参考文献82-87
  • 攻读学位期间发表的学术论文87

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