CN105631068B - 一种非结构网格cfd计算的网格边界条件处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于网格计算技术领域，具体涉及种针对Tecplot软件格式非结构网格CFD计算的网格边界条件处理方法。本发明包括建立网格信息、定义边界类型、提取体网格外边界信息、穷举法实现第一个节点匹配、以波阵面形式进行余下节点匹配、边界面单元匹配与边界条件赋值等步骤。利用本发明提出的非结构网格边界面与网格面之间的快速匹配方法，可以将Tecplot格式非结构网格的网格边界条件快速的映射到内场体网格的相应边界面上，实现非结构网格边界条件信息的快速处理，有效减少计算机时。
Description
技术领域
本发明属于网格计算技术领域，具体涉及种针对Tecplot软件格式非结构网格CFD计算的网格边界条件处理方法。
背景技术
非结构网格不仅具有良好的复杂外形适用能力，而且空间网格划分效率高，越来越受到CFD工作者的青睐，近年来非结构网格CFD计算技术得到了飞速发展。由于Tecplot软件几乎具有各种商业网格划分软件的数据接口，因此，各种自研的非结构网格CFD计算程序或软件一般采取Tecplot格式的网格数据进行计算。
非结构网格不如结构化网格规则有序，节点和单元都不具备简单的索引关系，不适合CFD直接计算。因此，针对Tecplot格式非结构网格，需要在流场计算之前对非结构网格的边界属性进行特殊处理。
Tecplot格式非结构网格的内场体网格信息通过体单元的节点成员编号和节点坐标表示，而边界面网格信息由面单元的节点成员编号和节点坐标表示，由于内场体单元与边界面单元没有使用同一套节点编号，内场体网格的外边界节点与边界面网格上的节点之间没有索引关系，只有通过坐标来确定二者的匹配关系。因此，如何高效的将边界面单元的边界条件属性映射到与之重合的体网格的边界成为一个难题。
传统上采用穷举法，对边界网格节点到内场网格节点的距离进行一一比较，找出距离小于某一阀值(一般取10-7)的内场网格节点即为该边界点的重合点，从而将边界网格的属性赋值到与之重合的体网格上，这样带来很大的计算量，且随着体网格和边界网格数的增加而呈现指数增长，需耗费大量机时。
因此，亟需研制一种将Tecplot格式非结构网格的边界网格节点与体网格的外边界节点进行高效匹配的方法，以快速有效的将边界网格的边界条件属性映射到相应的体网格的外边界面上，实现非结构网格边界条件信息的快速处理。
发明内容
本发明要解决的技术问题是利用本发明提出的非结构网格边界面与网格面之间的快速匹配方法，将Tecplot格式非结构网格的网格边界条件快速的映射到内场体网格的相应边界面上，实现非结构网格边界条件信息的快速处理，有效减少计算机时。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种非结构网格CFD计算的网格边界条件处理方法，包括以下步骤：
(1)建立网格信息
本发明的适用对象是Tecplot格式非结构网格，完整的非结构网格包括网格数据和边界条件；网格数据记录每个网格点的坐标和体网格节点成员编号，边界条件标记边界网格的边界类型；
网格生成软件生成非结构网格后，指定边界网格的边界条件类型；
(2)定义边界类型
内场体网格各面的外邻居单元编号均为正整数，定义流场边界条件类型标记为负整数，将边界网格属性映射到体网格的外边界上作为该边界的外邻居编号；
如果网格面外邻居编号大于零，代表其外邻居编号；
如果网格面外邻居编号小于零，代表物面、远场或对称边界条件；其中：-1～-99表示物面边界，-101～-199代表远场边界，-201～-299代表对称面边界；
边界网格所有节点{bi}赋初值为0；
(3)边界节点匹配
本步骤是将边界网格节点与体网格外边界节点进行匹配的过程；
对外邻居编号为-1～-299的不同类型属性的边界节点与体网格外边界节点进行一一匹配；具体步骤如下：
(3.1)提取体网格外边界信息
计算并记录体网格的每个面J的外邻居单元WLJ(J)，无外邻居单元的网格面为体网格的外边界面；
(3.2)穷举法实现第一个节点匹配
采用穷举法搜索所有体网格外边界网格节点，任意选取边界网格一个节点b1为起始点，计算起始点b1与体网格外边界的所有节点的距离，找出起始点b1与体网格外边界节点的重合点m1，记录JD_BC(b1)＝m1，JD(m1)＝b1；JD_BC(b1)代表边界节点b1所对应的体网格外边界节点编号，JD(m1)代表体网格外边界节点m1所对应的边界网格节点编号；
(3.3)以波阵面形式进行余下节点匹配
(3.4)边界面单元匹配与边界条件赋值
边界面单元的节点成员编号bi与其对应的体网格外边界面节点编号mi存在一一对应关系JD_BC(bi)＝mi，根据以上步骤获取的节点匹配关系，将边界面网格单元与体网格外边界面单元进行匹配，并将边界条件属性赋值给与之匹配的体网格外边界面单元的外邻居编号，从而实现非结构网格边界条件信息的处理。
进一步的，如上所述的一种非结构网格CFD计算的网格边界条件处理方法，步骤(3.3)的具体方法如下：
对边界网格所有节点{bi}循环，如果JD_BC(bi)>0，计算bi的邻居单元节点与JD_BC(bi)的邻居面单元节点之间的距离，找出bi的邻居单元节点bip在体网格外边界上的重合点mip，记录JD_BC(bip)＝mip，JD(mip)＝bip；
如果边界网格节点{bi}都已找到重合点，体网格外边界上所有节点满足JD(mi)>0，则跳出循环，此时已完成边界网格节点与体网格外边界节点的快速匹配。
本发明技术方案的有益效果在于：本发明方法有效减少了非结构网格CFD计算的网格前处理的计算机时，而且网格量越大，速度提升的效果越明显，使CFD程序启动后瞬间即可进行流场的迭代求解，减少冗长的网格数据处理时间。
附图说明
图1为本发明技术方案实施流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案进行详细说明。
本发明一种非结构网格CFD计算的网格边界条件处理方法，包括以下步骤：
(1)建立网格信息
本发明的适用对象是Tecplot格式非结构网格，完整的非结构网格包括网格数据和边界条件；网格数据记录每个网格点的坐标和体网格节点成员编号，边界条件标记边界网格的边界类型；
网格生成软件生成非结构网格后，指定边界网格的边界条件类型；
(2)定义边界类型
内场体网格各面的外邻居单元编号均为正整数，定义流场边界条件类型标记为负整数，将边界网格属性映射到体网格的外边界上作为该边界的外邻居编号；
如果网格面外邻居编号大于零，代表其外邻居编号；
如果网格面外邻居编号小于零，代表物面、远场或对称边界条件；其中：-1～-99表示物面边界，-101～-199代表远场边界，-201～-299代表对称面边界；
边界网格所有节点{bi}赋初值为0；
(3)边界节点匹配
本步骤是将边界网格节点与体网格外边界节点进行匹配的过程；
对外邻居编号为-1～-299的不同类型属性的边界节点与体网格外边界节点进行一一匹配；具体步骤如图1所示：
(3.1)提取体网格外边界信息
计算并记录体网格的每个面J的外邻居单元WLJ(J)，无外邻居单元的网格面为体网格的外边界面；
(3.2)穷举法实现第一个节点匹配
采用穷举法搜索所有体网格外边界网格节点，任意选取边界网格一个节点b1为起始点，计算起始点b1与体网格外边界的所有节点的距离，找出起始点b1与体网格外边界节点的重合点m1，记录JD_BC(b1)＝m1，JD(m1)＝b1；JD_BC(b1)代表边界节点b1所对应的体网格外边界节点编号，JD(m1)代表体网格外边界节点m1所对应的边界网格节点编号；
(3.3)以波阵面形式进行余下节点匹配
对边界网格所有节点{bi}循环，如果JD_BC(bi)>0，计算bi的邻居单元节点与JD_BC(bi)的邻居面单元节点之间的距离，找出bi的邻居单元节点bip在体网格外边界上的重合点mip，记录JD_BC(bip)＝mip，JD(mip)＝bip；
如果边界网格节点{bi}都已找到重合点，体网格外边界上所有节点满足JD(mi)>0，则跳出循环，此时已完成边界网格节点与体网格外边界节点的快速匹配。
(3.4)边界面单元匹配与边界条件赋值
边界面单元的节点成员编号bi与其对应的体网格外边界面节点编号mi存在一一对应关系JD_BC(bi)＝mi，根据以上步骤获取的节点匹配关系，将边界面网格单元与体网格外边界面单元进行匹配，并将边界条件属性赋值给与之匹配的体网格外边界面单元的外邻居编号，从而实现非结构网格边界条件信息的处理。
在本具体实施例中，测试平台为某银河集群平台，操作系统为Kylin Server 3.1，处理器为Intel Xeon E5540，编程器为Intel Fortran 11.1(-O2优化)。测试用例A为带吊舱的F6飞机的520万的非结构网格，测试用例B为M6机翼的110万的非结构网格。
从表1可以看出，本发明方法有效减少了非结构网格CFD计算的网格前处理的计算机时，而且网格量越大，速度提升的效果越明显，使CFD程序启动后瞬间即可进行流场的迭代求解，减少冗长的网格数据处理时间。
表1计算效率对比(单位：秒)
Claims (2)
1.一种非结构网格CFD计算的网格边界条件处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)建立网格信息
该方法的适用对象是Tecplot格式非结构网格，完整的非结构网格包括网格数据和边界条件；网格数据记录每个网格点的坐标和体网格节点成员编号，边界条件标记边界网格的边界类型；
网格生成软件生成非结构网格后，指定边界网格的边界条件类型；
(2)定义边界类型
内场体网格各面的外邻居单元编号均为正整数，定义流场边界条件类型标记为负整数，将边界网格属性映射到内场体网格各面的外边界上作为内场体网格各面的外边界的外邻居编号；
如果网格面外邻居编号大于零，代表其外邻居编号；
如果网格面外邻居编号小于零，代表物面、远场或对称边界条件；其中：-1～-99表示物面边界，-101～-199代表远场边界，-201～-299代表对称面边界；
边界网格所有节点{bi}赋初值为0；
(3)边界节点匹配
本步骤是将边界网格节点与体网格外边界节点进行匹配的过程；
对外邻居编号为-1～-299的不同类型属性的边界节点与体网格外边界节点进行一一匹配；具体步骤如下：
(3.1)提取体网格外边界信息
计算并记录体网格的每个面J的外邻居单元WLJ(J)，无外邻居单元的网格面为体网格的外边界面；
(3.2)穷举法实现第一个节点匹配
采用穷举法搜索所有体网格外边界网格节点，任意选取边界网格一个节点b1为起始点，计算起始点b1与体网格外边界的所有节点的距离，找出起始点b1与体网格外边界节点的重合点m1，记录JD_BC(b1)＝m1，JD(m1)＝b1；JD_BC(b1)代表边界节点b1所对应的体网格外边界节点编号，JD(m1)代表体网格外边界节点m1所对应的边界网格节点编号；
(3.3)以波阵面形式进行余下节点匹配
(3.4)边界面单元匹配与边界条件赋值
边界面单元的节点成员编号bi与其对应的体网格外边界面节点编号mi存在一一对应关系JD_BC(bi)＝mi，根据步骤(3.2)和步骤(3.3)获取的节点匹配关系，将边界面网格单元与体网格外边界面单元进行匹配，并将边界条件属性赋值给与之匹配的体网格外边界面单元的外邻居编号，从而实现非结构网格边界条件信息的处理。
2.如权利要求1所述的一种非结构网格CFD计算的网格边界条件处理方法，其特征在于：步骤(3.3)的具体方法如下：
对边界网格所有节点{bi}循环，如果JD_BC(bi)>0，计算bi的邻居单元节点与JD_BC(bi)的邻居面单元节点之间的距离，找出bi的邻居单元节点bip在体网格外边界上的重合点mip，记录JD_BC(bip)＝mip，JD(mip)＝bip；
如果边界网格节点{bi}都已找到重合点，体网格外边界上所有节点满足JD(mi)>0，则跳出循环，此时已完成边界网格节点与体网格外边界节点的快速匹配。
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