被逼迫的创新：重叠网格

2017-03-12 by:CAE仿真在线来源:互联网

“失败通常会在CFD领域引起创新。NASA在重新审视他们的太空梭项目中的问题,其中最重要的问题就是CFD预测的结果和飞行经验无法匹配。在这个团队中集结了各类来自NASA,工业以及学术界的CFD名人。他们推测是因为他们进行了大量的几何简化来增加网格质量来增加求解稳定性。在夜以继日的研究中,NASA的项目组推进了各种高级网格生成技术,如轴圈网格(Collar Grid),重叠网格,漏洞自动切分以及各种动网格问题。通过这些技术,CFD预测的结果和实验值匹配完美。”

--Nick Wyman

本期CFD界主要讨论重叠网格(重叠网格)。首先来看看重叠网格算法使用的网格:

这让我们看惯了结构网格和非结构网格的难以忍受,这网格质量是0嘛!然而再看看我们重叠网格的流场:

爱上重叠网格的理由:

对于极为复杂的几何,网格生成耗时且边界条件定制复杂;
对于动网格,重叠网格会保证最高的网格质量;
重叠网格可以利用笛卡尔网格高效的特点;

Zhirong Shen et al. 采用重叠网格计算的算例

重叠网格简介:

重叠网格使用多套彼此不相关的网格来覆盖整个计算域。这些网格可以是任何形状、类型、大小。唯一需要的彼此和彼此重叠来覆盖整个计算域。并且在重叠网格中,某个部件的网格可以和其他的部件相渗入。由CFD求解程序来决定哪些网格点在计算域之内,哪些网格点是无用的且并不被用于计算。

重叠网格的这种特性大大简化了网格生成的过程,在重叠网格中,网格完全可以依据某个局部的构件进行设计并进行充分的包围。甚至可以依据CFD模型来对某些区域(湍流转变区)生成特定的网格。目前已经被证实在传统的算法中,为了讲网格和某些局部构件进行贴合会导致网格质量下降以及容易导致发散。通过重叠网格算法,这些问题显而易见的被解决了。

重叠网格生成的过程通常分为2个部分:背景网格,近构件网格。近构件网格主要对构件(几何)进行解析。得益于结构网格的效率和精度通常使用六面体结构网格。