多点择优推进阵面法生成曲面三角形网格

在现有曲面非结构网格生成法的基础上,提出了一种新的曲面网格生成法——多点择优推进阵面法.它可在曲面上直接进行三角形网格划分,克服了映射法的网格变形问题,并且可以在网格生成结束后,对曲面网格直接进行Laplace格点松弛光顺.该方法使用简单,不受曲面块类型的限制,且网格质量高,可以为三维非结构网格生成提供高质量的初始阵面,并给出了若干个算例.     

三维非结构网格自动生成

采用各向异性平面非结构网格生成技术对曲面的参数平面进行三角剖分,从而得到曲面的非结构网格,作为三维非结构网格的边界网格.应用推进面法生成网格内点,增量法将生成的内点逐点插入现有网格进行网格细化,得到三维计算域的Delaunay非结构网格.讨论了非结构网格质量优化方法.给出几个算例说明方法的应用.     

不同多边形网格计算性能的比较

利用基于多边形网格的有限容积法计算程序,考察了由三角形网格生成的三种多边形网格用于求解层流N-S方程组的数值特征.结果表明,收敛特性与多边形的构造方法无关,但计算结果的精度与网格类型有关,满足局部正交的PEBI网格精度最高,而由三角形形心相连构成的多边形精度较差.就方腔自然对流问题而言,在边界附近铺几层正交网格有利于提高努谢尔特数的精度.     

一种非结构/结构多层混合网格方法及其应用

对于粘性绕流的数值模拟,在自适应直角网格基础上,结合三角形非结构网格和结构化网格,利用其各自的优势和特点,提出一种生成混合杂交网格的思路和方法.在物面附近生成适合粘性流计算的大长宽比结构化网格,在远场分布自适应直角网格,快速离散计算空间.对于复杂的多体问题,采用三角形网格来连接各体网格,并运用网格合并的方法,保证各网格之间的光滑过渡与连接,提高网格质量.针对一些二维、三维外形的绕流问题,在上述网格基础上,采用B-L代数湍流模型和中心有限体积法,完成Navier-Stokes和Euler方程数值模拟的对比计算,结果表明网格生成和流场计算是正确的.     

嵌套网格技术中的Collar网格和虚拟网格方法

针对嵌套网格技术中的结合部问题,提出了Collar网格和虚拟网格方法.用双曲型微分方程生成的处于结合部的有两个边界分别处于不同固定曲面上的Collar网格,在保证计算网格的生成方便快捷而且网格质量高的前提下,解决了为物体结合部的内外边界点提供有效插值单元的问题.虚拟网格为紧贴物面的面网格,它的作用是将物面边界条件传递给其它网格的边界面,而其本身不作流场计算.计算实践表明,将Collar网格和虚拟网格结合起来应用在嵌套网格技术中能保证几何外形不发生变化,有效地处理各种复杂组合体外形的结合部问题.     

弹性力学的复变量无网格方法

在移动最小二乘法的基础上，提出了复变量移动最小二乘法.复变量移动最小二乘法的优点是采用一维基函数建立二维问题的逼近函数，所形成的无网格方法计算量小.然后，将复变量移动最小二乘法应用于弹性力学的无网格方法，提出了复变量无网格方法，推导了复变量无网格方法的公式.与传统的无网格方法相比，复变量无网格方法具有计算量小、精度高的优点.最后给出了数值算例. 关键词： 移动最小二乘法 复变量移动最小二乘法 无网格方法 弹性力学 复变量无网格方法     

平面斜激波固壁反射的镶嵌网格解法

镶嵌网格法是自适应网格法的一种。本文提出的镶嵌网格法以Ni的二阶有限体积法为基础,用密度一阶差分作为察觉激波的特征参数,给出网格局部加密(一分为四)的原则,构造了较节省存贮的数据结构。用于平面斜激波固壁反射的计算结果表明:镶嵌网格对激波的分辨能力不仅比粗网格强得多,而且也稍好于细网格;计算时间仅为细网格的一半稍多些.可见,此方法对解决计算效率和精度的矛盾是有利的。     

复杂外形静动态混合网格生成技术研究新进展

网格生成技术是CFD复杂工程应用的重要环节, 网格质量的好坏直接影响计算结果的精准度, 因此其已成为CFD的重要研究领域.在张涵信院士的指导下, 作者自20世纪90年代初开始开展非结构网格、混合网格技术和相应的计算方法研究, 并逐步发展至动态混合网格技术及非定常计算方法.在张涵信院士80华诞之际, 对近年来作者及团队在网格生成技术及应用方面所取得的进展进行了简要的综述, 分别介绍了静动态混合网格生成、定常/非定常计算方法、网格技术的应用等方面的进展情况.最后, 就网格生成技术目前还存在的问题, 展望了未来的发展方向.作者谨以此文表达对张涵信院士25年来的培养、关怀和帮助的崇高敬意.      

求解N-S方程的多边形网格与三角形网格对比

本文介绍了基于边的数据结果离散对流扩散方程的方法,编制了适用于任意多边形单元网格的有限容积法计算程序,利用方腔自然对流、外掠后台阶和移动顶盖驱等算例考察了三角形网格与多边形网格在数值计算方面的性能差别.结果表明,采用三角形网格收敛较慢且不容易获得网格无关的解,而采用与三角形网格对偶的多边形网格则收敛较快且易获得网格无关的解.     

基于裂纹模板法的金属网格透明导电薄膜制备及性能改进

基于裂纹模板法制备了一种高屏蔽性能的金属网格透明导电薄膜.采用现有裂纹模板法制备得到的金属网格透明导电薄膜,其金属网格厚度较薄,屏蔽性能有待改进.本文在研究了裂纹材料的旋涂转速对龟裂图案的影响关系分布曲线中,增加了缝隙深度因子,选取了合适的裂纹材料和旋涂方案,制备得到理想的随机图案分布的裂纹模板.通过磁控溅射法在裂纹模板缝隙内外沉积厚度为1μm的金属层,引入了超声波清洗结合有机溶剂的方法,高效去除裂纹胶模板后,得到了金属网格透明导电薄膜样品.实测的金属网格透明导电薄膜样品透光率超过85%,同时方阻值保持在2.8Ω/左右,具有良好的透光和电磁屏蔽性能.通过制备加厚金属网格透明导电薄膜改进了屏蔽性能,为后续基于裂纹模板法制备高屏蔽性能金属网格透明导电薄膜提供了参考.     

Multicloud: Multigrid convergence with a meshless operator

The primary objective of this work is to develop and test a new convergence acceleration technique we call multicloud. Multicloud is well-founded in the mathematical basis of multigrid, but relies on a meshless operator on coarse levels. The meshless operator enables extremely simple and automatic coarsening procedures for arbitrary meshes using arbitrary fine level discretization schemes. The performance of multicloud is compared with established multigrid techniques for structured and unstructured meshes for the Euler equations on two-dimensional test cases. Results indicate comparable convergence rates per unit work for multicloud and multigrid. However, because of its mesh and scheme transparency, multicloud may be applied to a wide array of problems with no modification of fine level schemes as is often required with agglomeration techniques. The implication is that multicloud can be implemented in a completely modular fashion, allowing researchers to develop fine level algorithms independent of the convergence accelerator for complex three-dimensional problems.     

CiADS带绕丝燃料棒束通道横流特性

CiADS次临界反应堆采用铅铋作为冷却剂,使用绕丝定位的闭式燃料组件。螺旋绕丝能够使流动工质发生横向交混,增强不同子通道间的动量交换。本工作使用ANSYS ICEM和STAR-CCM+软件划分了结构化网格和多面体网格,对CiADS燃料棒束通道横流特性进行研究,分析了结构化网格与非结构化网格对流动特性的影响。结果显示:相比于非结构化网格,结构化网格的子通道间横流量计算结果更接近LES的结果;结构化网格得到的摩擦因子系数与UCTD公式预测值最为接近,多面体网格的结果比经验公式的预测值小。同时,本研究对现有横流特性经验公式进行了改进,可更准确地预测带绕丝燃料棒束横流特性。上述研究成果提供了子通道程序优化的新思路,同时可为CiADS燃料组件热工水力设计与分析提供参考。     

局部时间步长间断有限元方法求解三维欧拉方程

使用间断有限元方法求解三维流体力学方程.空间剖分采用非结构四面体网格,为了克服显格式在单元网格尺寸差别较大时计算效率低下的问题,在格式中采用局部时间步长技术(LTS),即控制方程在空间、时间上积分得到一种单步格式,既可以局部计算每个单元又避免了Runge-Kutta高精度格式处理三维问题时存储量过大的问题.为了提高流体力学方程计算精度,在计算单元边界的数值流通量时使用任意高阶精度方法(ADER).数值算例表明格式稳定有效.     

自适应间断有限元方法求解三维欧拉方程

将龙格库塔间断有限元方法(RDDG)与自适应方法相结合,求解三维欧拉方程.区域剖分采用非结构四面体网格,依据数值解的变化采用自适应技术对网格进行局部加密或粗化,减少总体网格数目,提高计算效率.给出四种自适应策略并分析不同自适应策略的优缺点.数值算例表明方法的有效性.     

结合前沿推进的Delaunay三角化网格生成及应用

采用一种新的混合网格生成方法,生成复杂区域的非结构化网格.结合前沿推进法和Delaunay三角化两种非结构网格生成方法的特点,在边界处采用前沿推进法进行三角形初始网格的生成,在边界区域内部采用Delaunay三角化方法自动生成内部节点.分析表明,该算法简化网格生成过程,能够快速有效地生成非结构化网格.在计算时间以及网格的均匀性方面与其他方法相比具有一定的优势.最后,用混合网格生成方法生成方柱绕流的计算域网格,并运用基于特征线方程的分离算法进行流场计算.     

A robust and efficient finite volume scheme for the discretization of diffusive flux on extremely skewed meshes in complex geometries

In this paper an improved finite volume scheme to discretize diffusive flux on a non-orthogonal mesh is proposed. This approach, based on an iterative technique initially suggested by Khosla [P.K. Khosla, S.G. Rubin, A diagonally dominant second-order accurate implicit scheme, Computers and Fluids 2 (1974) 207–209] and known as deferred correction, has been intensively utilized by Muzaferija [S. Muzaferija, Adaptative finite volume method for flow prediction using unstructured meshes and multigrid approach, Ph.D. Thesis, Imperial College, 1994] and later Fergizer and Peric [J.H. Fergizer, M. Peric, Computational Methods for Fluid Dynamics, Springer, 2002] to deal with the non-orthogonality of the control volumes. Using a more suitable decomposition of the normal gradient, our scheme gives accurate solutions in geometries where the basic idea of Muzaferija fails. First the performances of both schemes are compared for a Poisson problem solved in quadrangular domains where control volumes are increasingly skewed in order to test their robustness and efficiency. It is shown that convergence properties and the accuracy order of the solution are not degraded even on extremely skewed mesh. Next, the very stable behavior of the method is successfully demonstrated on a randomly distorted grid as well as on an anisotropically distorted one. Finally we compare the solution obtained for quadrilateral control volumes to the ones obtained with a finite element code and with an unstructured version of our finite volume code for triangular control volumes. No differences can be observed between the different solutions, which demonstrates the effectiveness of our approach.     

二维非结构自适应多重网格的Euler方程解

将原来在结构网格中提出的AUSM⁺(Advection Upstream Splitting Method)格式,推广应用于二维非结构网格中。利用格林-高斯公式对控制体内的变量进行线性重构,获得空间二阶精度,并采用Barth型限制器以抑制数值解的振荡。为提高计算效率,采用了自适应多重网格法。在生成非结构网格时,采用了一种新颖的数据结构——数组链接表。最后给出了NACA0012翼型和带10%鼓包的管道流动的几个Euler方程的算例,并进行了分析比较。     

一种可扩展的三维半导体器件并行数值模拟算法

在基于漂移-扩散模型的三维半导体器件数值模拟中,通过有限体积法进行数值离散,采用完全耦合的牛顿迭代求解非线性代数方程组,并使用基于代数多重网格预条件子的GMRES方法求解牛顿迭代中的线性方程组,构造一种稳健且高度可扩展的非结构四面体网格上求解半导体方程的并行算法.基于PHG平台实现该算法的并行计算程序,并对PN结和MOS场效应晶体管等问题进行了最大网格规模达到5亿单元、最大并行规模达到1 024进程的大规模数值模拟实验,结果表明,该算法计算效率高,可扩展性好.     

多尺度模拟中网格守恒重映算法

针对耦合微观分子动力学(MD)和宏观有限元方法(FE)的多尺度模拟,提出一类新的基于贡献单元法的网格守恒重映算法.由于物理量是由有限元节点以及相应区域的原子信息通过积分重构得到的,对结构和非结构网格都能适用.对于未知量定义在顶点的情形,引入辅助网格.数值例子验证了算法的准确性和有效性.