水斗曲面三维非正交贴体网格数值生成

为实现冲击式水轮机水斗内非定常流动的数值解析,需要高密度匀布非正交贴体坐标网格来拟合水斗曲面.本文开发了一种用于水斗曲面三维非正交贴体坐标匀布网格的数值生成程序,其主要算法是基于曲线与曲面的微分几何性质提出的四点投影法.程序可根据需要计算出不同密度的匀布贴体网格点.通过对两不同水斗的算例结果显示数值生成的网格很好地拟合了水斗不规则曲面,同时计算出各网格点的切向矢量和单位法向矢量.     

粘性不可压流体流动问题用直角坐标网格的贴体解法

研究一种新的全贴体的求解粘性不可压流体流动问题的非结构化直角坐标网格方法.该方法在于利用直角坐标网格但通过在边界附近保留不规则控制体,使得算法是完全贴体的.这有别于目前流行的各种非结构化直角坐标网格方法.通过对两个典型流动问题的计算对该数值方法进行验证.对比结果表明,本方法计算的结果与精确解和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是可行的.还对二维钝头体周围的流场进行了计算,计算的流场与STAR-CD的结果相当吻和,说明该算法还可计算较复杂的流动现象.     

一种变分方式的平面网格生成与网格重分方法

在对流体力学方程进行数值求解时，需要应用到网格，当在物理区域上生成网格时，为了克服不同物理区域所带来的求解问题的复杂性，可以把物理区域转换为一个简单的逻辑区域，此时物理区域上的一组网格可以看作由逻辑区域内的一组点通过一个变换得到，这一变换通常要求是保边界的，同时变换的Jacobian也要求是非零的。如何选取这样的变换，使得通过变换在物理区域中生成均匀、光滑并尽可能正交的网格，是网格生成的主要目标之一。     

并行重叠/变形混合网格生成技术及其应用

为了适用于柔性变形、相对运动等复杂动边界问题,建立了并行环境下重叠和变形相结合的动态混合网格生成技术.通过计算区域分解以及分布式并行实现了重叠和变形技术的结合,其中重叠网格采用了并行化的隐式装配方法,并发展了两种并行化查询策略.变形网格则采用了并行化的径向基函数（RBF）插值方法.并行化动态网格生成方法大幅提高了动态网格生成效率,有利于处理大规模的动边界问题.在此基础上,发展了基于变形/重叠动态混合网格的流动/运动/控制一体化数值模拟方法,进一步改进了耦合模拟软件平台——HyperFLOW.典型应用算例证明了该动态混合网格技术及一体化算法的实用性.      

非正交贴体网格体系模拟炉内燃烧过程

开发了贴体曲线坐标系下煤粉燃烧全过程模拟程序,可在任意3-d贴体曲线坐标系下进行炉内气固流动,化学反应和辐射传热等完整的燃烧过程模拟。对某台670 t/h锅炉,采用了一种新的贴体曲线网格体系,其一族网格线从燃烧器喷口向外呈放射状展开,最外侧贴于炉膛壁面,燃烧器以上网格线扭转角度逐渐变化,至炉膛上部与壁面平行。计算结果与采用常规直角网格体系的结果相比,伪扩散误差明显减小,燃烧参数分布趋势接近实际分布。     

有限差分法中的贴体坐标变换

分析了有限差分法曲线贴体坐标系下守恒型控制方程的推导过程,认为在离散条件下所采用的数学恒等式不成立,推断目前CFD广泛采用的齐次方程是原始Descartes直角坐标系下方程的近似,提出增加源项的非齐次方程作为离散等价方程.采用数值实验研究了源项,结论是大部分情况下源项不等于0,且对数值解的影响大于差分格式的截断误差,在分析了引起源项非0的原因和推导过程后,提出源项离散的相容性准则.利用坐标变换系数和守恒型方程对流通量的特性,建立了源项隐式计算的耦合算法,通过数值实验证明耦合算法有效消除了坐标变换引起的误差.      

结构型网格分块生成技术

构造了一种适用于模拟具有复杂几何特征的流动问题的结构型网格生成方法,该方法应用CAD技术中非均匀有理B样条(NURBS)曲面表达形式,根据给定物体的典型站位截面,首先对物体进行分片表面网格的构造与重构,同时根据物体几何特征及流场特性对绕流流场进行区域分解并构造其块边界,在此基础上再采用数值方法进行相应的分块网格生成,并给出了应用所建立的方法生成的几种天地往返运输系统流场网格.     

贴体坐标系下模型加力室的大涡模拟

本文利用贴体网格对带V形槽稳定器模型加力燃烧室素流化学反应流流动进行大涡模拟的研究。采用区域法生成模型加力燃烧室的二维贴体网格,并采用多区域耦合法进行区域之间的数据传递,求解加力室整体流场。采用k方程亚网格尺度模型和亚网格EBU燃烧模型分别估算其亚网格紊流粘性和化学反应速率,用热通量辐射模型估算辐射通量,并用交错网格下SIMPLE算法和混合差分格式求解离散方程,壁面函数处理固壁边界条件。计算结果显示了稳定器后面的回流区气流结构,所得的热态流场模拟结果与实验比较吻合,表明采用贴体网格对模型加力燃烧室进行大涡模拟能真实反映流体流动及燃烧过程。     

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.      

二维网格生成技术及其应用

本文采用解析变换生成二维贴体、正交网格。对变换的精度及对流场解的影响以及如何对网格生成进行控制、形成与流场参数变化相适应的网格分布等问题以NACA0012翼型为例进行了深入地探讨,并成功地应用于欧拉方程数值解。     

三维复杂外形的非结构网格自动生成技术与应用

给出了一套三菜的非结构网络自动生成方法。任意外形由几种代表性的曲线和曲面来描述,将曲面变换为平面,在平面内由二维阵面推进法生成三角形网格,然后反变换为物形表面网格。空间的四面体网格由三维阵面推进法生成。四面体网格的优化采用了附加“关联质量”约束的节点松驰的局部的Ｄｅｌａｕｎａｙ变换技术。另外还发展了非结构风格的自适应技术。数值算例表明了方法的灵活性和通用性     

交互式网格生成技术研究

探讨了分区网格生成的交互方法,包括交互输入、图形显示、网格质量检查、网格求解过程的随机可视控制等问题。在此基础上研制了一种具有交互性能的网格生成系统——BIGG。应用该系统生成的网格实例及流场解表明该交互技术是有效可行的,研制的软件系统提高了生成效率和网格质量。     

非结构网格的并行生成

研究了非结构网格的并行生成方法.改进了R.Lohner的"波阵面"区域分裂算法以使子网格及其边界更有益于网格并行生成,提出了边界并行优化策略,改善了边界的光滑性;完善了子区域内生成网格时接受新点及新单元的条件,在界面网格生成过程中提出只接受新单元而拒绝新点的策略,节省了机时.     

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.     

复杂区域上的一种结构网格生成方法

讨论复杂区域上的一种结构网格生成方法,其主要思想是:以变分形式的Winslow网格生成方法为基础,通过引入网格解扭机制和网格面积均匀化技术,构造出一种新的离散泛函,进而采用一类优化算法求解这一离散泛函的极小化问题,得到所希望的网格.通过分析及大量数值实验表明,这一方法比较健壮,针对二维复杂区域通常能够生成几何品质较优的网格,它在保持Winslow方法优点的同时,克服了它的一些缺点.     

二维非结构网格生成及Euler方程计算的方法研究

用离翼型表面最小作为阵面推进法中的参数选择依据。生成二维问题的非结构网格。这种方法戏了传统的背景网格观念,直接提供网格生成过程中所需的背景信息。在求解Ｅｌｕｅｒ方程时,用格心格式的有限体积法作空间离散,用四步Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ作时间推进,采用不同的加速收敛措施获得定常流动。提出了两这界条件的构造办法,并 不同边界条件对结果的影响。     

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.     

三角B-B曲面在非结构网格生成中的应用

基于生成非结构化网格的Delaunay三角形化方法,应用三次三角Bernstein-Bézier曲面来控制网格点的分布情况。对于给定边界,利用三次非均匀B样条进行边界的拟合及重新离散。对初始化形成的Delaunay三角形,应用三次三角Bernstein-Bézier曲面来计算位于其中的点的长度标尺,通过对三角Bernstein-Bézier曲面边界点的定义来控制三角形内长度标尺的分布。对复杂通道网格剖分的实例表明,此方法可以很好地控制内部网格点的分布情况。     

基于车身外形CAD数据的表面氯动网格生成

提出一种在非均匀参数空间上生成表面数值网格的方法,开发了相应的表面网格生成软件ＳＧＲＩＤ,并应用于汽车动力学计算机仿真中具有复杂几何外形的车射表面网格生成。     

二维自适应结构网格的变分生成方法

提出-一种二维结构网格的自适应生成方法,即采用变分方程控制网格的疏密程度以及光滑性、正交性和正规性,并且所有的控制方程具有-致的量纲.几个数值算例表明,给出的网格自适应生成方法能够较好地收敛到方程的唯-解,同时产生性质良好的二维自适应结构网格.