无网格计算流体力学软件NoGrid Points介绍

2017-07-30 by:CAE仿真在线来源:互联网

NoGrid Points软件是基于有限点方法(FPM,Finite Pointset Method)的新一代无网格计算流体力学软件,代表了流体数值仿真的最新发展方向。

NoGrid软件由核心求解器Solver FPM、图形用户界面points、CAD接口CAD Compass以及第三方软件接口等模块组成。除了可以通过Compass直接建立流体计算域的几何模型外,还包含了与各种主流CAD软件的导入接口。

NoGrid软件的不仅提供优秀的图形用户界面,用户还可以基于ASCII文本方式编辑计算模型,所有的操作均提供了对应的关键字,用户可以通过自定义程序完全控制软件的运行,并易于实现与其他软件之间的集成。

FPM与传统的数值方法(如有限元法、有限体积法、有限差分法等)最大的区别是无需进行微分方程离散所必需的网格划分。FPM的点集(也叫点云)依据指定条件自动产生、移动、重新填充或是销毁,点集的分布可以是任意的,如在整个求解域上均布,或是随时间/几何位置等而变化。

突破传统CFD瓶颈

传统有限元/有限体积法随着应用范围的扩展,其固有的一些缺陷也日益突出:在材料成形、高速碰撞、流固耦合等涉及特大变形的领域中,基于拉格朗日法的有限元网格可能产生严重的扭曲,甚至使得单元的雅可比行列式为负值,不仅在计算中需要网格重构,而且严重影响解的精度;对高速冲击等动态问题,显式时间积分的步长取决于有限元网格的最小尺寸,因而网格的扭曲将使得时间积分步长过小,大幅度增加了计算工作量。由于有限元近似基于网格,因此必然难于处理与原始网格线不一致的不连续性和大变形。网格重构不仅计算费用昂贵,而且损害计算精度。

FPM无网格方法采用基于点的近似,可以彻底或部分地消除网格,不需要网格的初始划分和重构,不仅可以保证计算的精度,而且可以大大减小计算的难度。传统的流体分析软件在解决自由液面、高速碰撞、移动边界或是移动物体等工程问题时,需要一套独特的网格重划分或是网格自适应算法,由于在网格质量、算法求解、收敛性等方面存在一系列问题,使得传统方法受到了很大的限制。FPM凭借其先进的无网格技术和特有的算法,在自由液面、多相流、流固耦合等方面取得了极大的成功。

根据流动的特性可对描述流体的偏微分方程进行分类,如抛物线型、双曲线型和椭圆型。FPM软件的核心解算器可以有效地处理所有类型的流体。FPM软件包含了丰富的计算模型,如化学反应及燃烧模型、材料特性及流变模型、广义牛顿流、粘弹性流体、热粘弹性模型等。