三维椭圆型方程网格生成中的新源项修正法

构造一种新的源项修正方法用于三维椭圆型方程网格生成，可以实现对网格与边界正交及网格与边界间距的双重直接控制．     

应用于DSMC方法的二维Voronoi网格技术

研究了Voronoi网格技术并将其应用于直接模拟蒙特卡洛DSMC(Direct Simulation Monte Carlo)计算.基于Dirichlet镶嵌与Voronoi图理论,Voronoi网格利用特征点表征网格单元,具有建立粒子与网格单元之间映射关系的独特算法,适合于DSMC方法的统计特点.在剔除过于靠近边界的特征点以及必要情况下边界细化的基础上,通过区分由边界节点表征的非完整Voronoi网格单元以及由计算区域内镶嵌点表征的完整Voronoi网格单元,解决了Voronoi网格的二维边界匹配问题.Voronoi网格技术支持自适应DSMC计算.映射效率对比表明,Voronoi网格的DSMC计算效率高于三角形网格,低于多级直角网格.通过MEMS微喷管流动数值模拟,验证了Voronoi网格技术在DSMC方法中的有效性.      

基于边界保持的非闭合细分曲面小波变换

针对非闭合Loop细分曲面,提出一种小波变换的方法.该方法利用网格边界所在的平面作为映射镜面,将非闭合的网格曲面转换为具有对称形状的闭合网格曲面.在此情况下,原网格边界上的顶点变为新生成闭合网格的内部顶点,在对其进行小波变换后将镜像复制的部分去除即可得到新网格及其边界.该算法同时能够保证网格曲面边界在进行小波变换过程中始终保持在同一平面内,为基于多分辨技术的细分曲面数控加工定位面的确定带来方便.     

多段翼型贴体网格的生成方法

本文给出了一种多段翼型绕流的分区贴体网格生成方法。采用泊松方程的解来给出贴体网格的坐标,泊松方程中的源项通过靠近边界的网格间距和正交性来决定,本文对分区网格的区域边界的选择作了讨论,采用生成的分区贴体网格计算了绕多段翼型位流的解,其结果与实验所得是很一致的。     

2D约束Delaunay剖分生成表面模型的表面网格

提出一种生成表面模型的表面非结构化网格的方法.该方法仅假定表面模型的每个面片在取定适当的投影平面时可看成是一个单值函数.对表面模型的每个面片,首先在其相应的投影面上进行二维约束Delaunay剖分,然后对网格顶点进行插值.由于采用联动剖分的策略使得单独生成的各个表面网格在共同边界处匹配.与通常的生成表面网格的网格前沿法相比,本方法无需预先对域的边界进行离散,边界的离散体现在约束Delaunay剖分中恢复限定线段的边界细分过程中,减少了用户干预.通过合理地指定2D约束Delaunay三角化时网格单元尺寸分布函数,可以有效控制表面网格对表面模型的逼近精度和实现自适应的表面网格.实验结果证明了本算法的有效性.     

基于虚网格的格心ADT搜索法

针对重叠网格寻点问题,提出了一种直接在格心网格下操作,基于虚网格的ADT(Alternating Digital Tree)搜索方法.通过对计算网格进行扩展,建立虚边界网格,解决了格心网格因覆盖区域不完整而无法直接建立ADT数据结构的问题.搜索结果即为包含解的格心单元集合,可直接对结果列表遍历以得到合理贡献单元,故完全摒弃了可靠性差的Stencil Walk方法.由虚网格的定义,使寻点在边界附近的处理更为灵活,可以准确给出边界附近贡献单元的有效信息,同时简化了虚网格体系的构建.扩展了重叠边界类型,构建的搜索空间能完整覆盖网格范围,解决了对称面重叠问题.算例研究表明:该方法可靠性好,边界处理能力强,有效提高了重叠网格方法对大型复杂网格的解算能力.     

非结构重叠网格显式装配算法

针对重叠网格中洞映射法占用过多物理内存的问题,发展了一种改进型洞映射法;基于相邻单元搜索法,发展了一种基于相邻阵面的贡献单元搜索法;通过将割补法与隐式切割技术相结合提出了一种非结构重叠网格显式装配算法。该算法首先生成一套包围物面的笛卡儿网格,其次存储所有与物面边界相交的笛卡儿网格信息,最后根据所存储笛卡儿网格与所需判断的网格单元的相对位置来判断其是否为洞内单元。在成功判断出所有洞内单元后,以当前洞边界为初始阵面推进,同时以各个网格单元的物面距离为判别标准对重叠区域进行优化,生成最终插值边界。所提算法优化了传统非结构重叠网格装配过程,具有物理内存占用低,贡献单元搜索次数少以及计算效率高等特点。通过2个典型复杂流动算例验证了所提算法的准确性与适用性。      

复杂外形网格生成技术及应用

以某型双立尾战斗机为例,给出了实际复杂型号飞行器结构网格生成的一种分块方案及实现过程,用一种矢性三次多项式插值的方法生成相邻块公共交界面的网格,用Hilgenstock方法修正源项,求解椭圆型方程生成块内空间网格,使网格线与边界面夹角、与边界面间距控制为期望的值.在所生成的双立尾战斗机分块结构网格中求解Euler方程,获得了合理的全机气动力系数、翼面压力分布和绕流图谱结果.     

基于DSI插值的三角网格质量优化

通过对三角网格的单元顶点进行几何位置调整,提高了网格的质量,实现了网格的质量优化.几何位置调整是使用离散点光滑插值(DSI,Discrete Smooth Interpolation)实现的,针对在计算时影响质量优化的邻接边界的单元顶点,采用了在边界处补偿三角形的方法,消除了单元收缩,提高了网格的质量.与加权拉普拉斯算法进行了比较和分析,优于拉普拉斯算法;为了使三角网格在位置调整时保持原始网格的几何细节特征,在插值算法中施加了控制点约束.最后使用算例对算法进行了验证.      

一种保留几何及属性边界的网格简化方法

在实际应用领域,三维模型除包含由三角形网格构成的几何、拓扑信息外,还包含颜色、纹理、法矢量等属性信息,因此数据量较大,且不可避免地存在边界和孔洞.基于三角形折叠的方法,对误差矩阵的计算和误差控制方法进行了改进,并提出了几何及属性边界三角形的概念,给出了一种保留原始模型边界及属性信息的简化算法.该算法针对不同的边界情况将原始三角形网格划分为边界三角形、角点三角形、内部三角形及特征三角形,并采取相应的约束策略,在减小模型数据量的同时,较好地保留了边界和属性信息,并且生成递进网格文件,为包含属性的非封闭网格模型提供了连续多分辨率的模型重现.实验结果证明该方法快速有效,已成功应用于基于Web的三维递进传输和发布.      

粘性流体换热问题用直角坐标网格的贴体解法

采用直角坐标网格但通过在边界附近保留不规则控制体的非结构化直角坐标网格方法求解粘性不可压流体流动和换热问题.在边界附近切割单元的求解采用常规的方法处理,而不采用插值方法处理,并在同位网格上对控制方程组进行离散.因而该算法是贴体的,并可适用于解决复杂边界流动换热问题.通过对同轴环行空间和二维倾斜空腔内的对流换热问题的计算对该数值方法在传热问题中的应用进行验证.对比结果表明,计算结果与精确解和STAR-CD的结果在一定Re数和网格数时是很接近的,可以满足一定的精度要求,说明该数值计算方法可用于传热问题.      

二维非结构网格的生成及其Euler方程解

 采用推进阵面法生成三角形非结构网格,用多重网格技术求解泊桑方程以取得结构背景网格.提出了一种高效的边界剖分法,并用它来生成初始阵面.另外,还提出了一种新颖的数据结构——数组链接表,用它来存贮网格数据.用有限体积法在非结构网格中求解了二维可压缩Euler方程,给出了单段翼型和多段翼型的算例,并与实验结果进行了比较和分析.     

燃烧室三维贴体网格的生成方法研究

研究了燃烧室三维贴体网格人机交互生成的方法.使用该方法可以生成包括扩压器、内外环通道和火焰筒在内的燃烧室流场计算所需的整个网格.可以对网格的疏密和正交性进行调整.可以处理火焰筒上的主燃孔,掺混孔和气膜孔.并能够输出边界曲面上网格点的类型,用于流场计算.网格边界线的输入和边界线上的网格点分布采用人机交互方式生成.使用VISUAL BASIC语言编写程序界面.把整个网格生成及图形显示功能集成在一个软件中.     

应用于DSMC方法的直角网格技术

研究了应用于直接模拟蒙特卡洛DSMC(Direct Simulation Monte Carlo)方法的直角网格技术.通过对边界三角形表面微元进行统计,建立直角网格缺陷单元与表面微元之间的映射关系,并进一步将缺陷单元区分为一级缺陷单元以及二级缺陷单元,同时结合可变时间步长技术,从根本上解决了在DSMC方法中利用直角网格技术贴体光滑地匹配复杂几何型面的问题.给出了相应的自适应网格调整方法.基于以上策略,编制了通用DSMC计算程序RGD-Tool(Rarefied Gas Dynamic Tool).利用RGD-Tool程序对典型的圆球绕流以及无限薄斜挡板绕流两个算例进行了验证计算,结果表明所讨论直角网格技术是有效的.     

重叠网格技术中割补法的研究与改进

针对计算流体力学中重叠网格生成困难的问题,分析了重叠网格自动生成技术中割补法的主要特点和基本流程,指出其在洞映射单元属性的判断方法和洞边界外推过程中出现的"孤点"现象等方面的问题,提出了合理的改进方案,并将改进后的方法应用到自适应嵌入网格和DRAGON网格的生成中,最后编制出通用程序并给出了三维算例.实际应用表明,改进后的方法具有更稳定、自动化程度更高、适用范围更广的特点.     

非线性问题的MPS无网格算法

给出了修正的MPS(Moving Particle Semi-implicit)无网格方法,指出恰当选取权函数可避免使用虚节点来处理边界,从而解决复杂边界处虚节点难设定的问题.以非线性Burgers方程为算例分析了其数值特性,结果表明:以样条函数为权函数时不采用虚节点的结果与使用虚节点的结果一致;对一维问题,光滑权函数性能明显优于非光滑权函数;而对二维问题,近边界处加权域不对称性的影响则不很显著.与精确解或由传统方法所得结果的对比分析表明该方案可行.该方法物理概念清晰,易于编程实现.      

海量数据三角网格生成算法

对海量数据散乱密集难以自动得到邻近点间正确拓扑连接关系的问题,给出了一种用于海量数据的基于增量网格扩展的三角剖分方法.该方法以k阶最近邻域算法快速搜寻边界点的最近邻域,以增量算法的边界环为基础向外生成三角形,实现点云数据点之间合理的三角剖分网格建立.对最佳点的选择提出了3种需遵循的新准则,并根据最佳点的位置不同,详细给出了3种网格拓扑操作来构建新三角网格,可以准确的进行三角剖分.车身曲面测量点云的应用实例表明,该算法可以高效,稳定地直接构建出车身曲面三角网格.      

基于简单WENO-间断Galerkin的Euler方程自适应计算

为了得到Euler方程的高精度、高分辨率数值解,介绍了间断Galerkin方法、三角形单元上简单WENO限制器的基本原理以及基于自适应网格加密的激波捕捉方法。将简单WENO限制器-间断Galerkin方法应用到曲边四边形单元上,通过单元边界上高斯积分点的坐标来搜索相邻单元从而得到相邻单元的单元编号,实现了基于“问题单元”的局部网格加密自适应计算。对若干典型问题进行编程计算,结果表明,简单WENO限制器可以应用到曲边四边形单元上,且可适用于局部网格加密时具有“悬挂节点”的非结构网格上的激波捕捉。      

飞行器RCS计算前置处理中裁剪曲面剖分算法

在雷达散射截面(RCS)计算中,首先需要将物体的表面进行三角剖分,称为前置处理,三角片单元的边长通常为0.1个波长(一般1个波长取3 cm).飞行器外表形状复杂,在建立数学化模型中,使用了大量的裁剪曲面,曲面之间的关系非常复杂,而3 mm边长的三角片剖分,使得飞行器的三角片单元的数目巨大,给前置处理带来难度.对此,提出了一种裁剪曲面三角网格剖分的方法.利用飞行器外形设计的特点,在以拱高为逼近误差的前提下,把曲面离散一系列等参数线,等参数线上等弦长布点,两两参数值相邻的参数线生成网格单元.根据网格单元与裁剪区域的位置关系,将落在裁剪区域外的网格单元进行裁剪处理.然后对曲面间边界处的网格进行相容性处理,最终实现多张裁剪曲面的三角网格剖分.      

地质构造的三维可视化

地质构造三维可视化可以将地质勘探数据用直观的图形方式显示,是正确认识地质构造的重要手段,从而为油藏描述提供科学的依据.通过根据已知地质数据的三角剖分和插值,建立了地层层面、断面三角网格模型.研究了地质层面、地质整体模型、地质立体剖切和动态模型等多种三维地质模型可视化流程.提出了建立地质立体模型的方法,即由缝合相邻地层层面、相邻断线分别形成的地质体边界面和断层三角形环状曲面,以及顶地层三角网格层面,共同围成三维地质立体模型.在这一过程中,实现了最近邻优先重构、地层层面三角网格模型的外边界闭合圈多边形追踪及平面与三角网格求交线等关键算法.实验结果提供了从整体到局部的多种地质构造显示手段,从而帮助人们准确快速掌握地质构造.