CN115758938B - 面向粘性边界流场数值模拟的附面层网格生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向粘性边界流场数值模拟的附面层网格生成方法，包括获取全三角形的表面网格及其对应的边界条件，生成参数和前沿点，并计算表面网格狭缝特征值。在当前表面网格前沿点上计算前沿点光滑法向场和初始步长值，并应用法向场和初始步长值到所述附面层网格中的三棱柱网格的侧棱方向和侧棱长度，在所述表面网格上生成三棱柱附面层网格；在生成附面层网格后，删除不符合质量和相交要求的单元；更新下一层的前沿点，若前沿点非空，则重复前面两个步骤，若为空，则输出附面层网格。本方法具备处理带尖锐区域、复杂角点、处理、细小狭缝自适应控制能力，在内存消耗和计算效率方面克服性能瓶颈，其生成效率超过现有方法。

Description

面向粘性边界流场数值模拟的附面层网格生成方法

技术领域

本申请涉及终端技术领域，尤其涉及一种面向粘性边界流场数值模拟的附面层网格生成方法。

背景技术

在计算流体力学领域，很多研究(尤其是空气动力学计算)中涉及到基于偏微分方程的数值模拟技术，如有限体积法、有限差分法、有限元法和边界单元法等，在应用上述数值求解方法分析问题前，通常需将问题的几何域离散成很多基本单元的组合，这一过程被称为网格生成，其将欧式空间离散为线性网格单元的集合，用于模拟现实世界的大多数非线性问题。RANS计算常采用的网格类型主要有结构网格、非结构网格、嵌套网格、直角网格和混合网格等。各类网格各有优劣，因此，一个比较折中的方案是综合考虑易用性和计算精度，含三棱柱，金字塔和四面体的附面层单元的混合网格被认为是低雷诺数区域粘性流动数值模拟最实用的方式。

在现有的附面层网格生成技术中，大多数的网格生成引擎在实际工程中存在复杂角点难以处理，时间效率低，内存消耗高等问题，具体包括：

(1)实际工程中，复杂角点存在诸多问题，直观的通过周围三角形面片的平均法向作为点法向存在很多问题，初始法向计算完成后，其法向仍然不是最优的，因此必须在进行法向光滑化，光滑化过程对法向阈值很敏感，此外，全局光滑化方法耗时过大，而局部光滑化效果非常依赖于光滑权值函数；

(2)附面层网格生成需保证网格没有自相交，因此求交运算时必须的，求交运算求交量大，耗时多，这也是附面层网格生成的时间瓶颈所在，也是整个仿真过程的痛点问题；

(3)附面层网格生成量级大，实际工程单PC需要生成亿级的网格，对内存性能的要求非常高。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本申请实施例提供一种面向粘性边界流场数值模拟的附面层网格生成方法。

根据本申请实施例的第一方面，提供一种面向粘性边界流场数值模拟的附面层网格生成方法，包括：

S1：获取全三角形的表面网格及其对应的边界条件和生成参数，并得到第一层的生长前沿边界；

S2：在所述生长前沿边界上使用光线追踪的方法计算前沿点的狭缝特征值；

S3：对所有当前层前沿点，根据所述边界条件、所述生成参数和所述狭缝特征值，计算前沿点光滑法向场和初始步长值；

S4：根据所述前沿点光滑法向场和初始步长值，将法向场和初始步长值应用于所述附面层网格中的三棱柱网格的侧棱方向和侧棱长度，在所述表面网格上生成附面层网格；

S5：在生成附面层网格后，判断所述附面层网格中附面层网格单元是否符合质量要求及相交，若不符合质量要求或出现相交，则删除对应附面层网格单元，若符合质量要求和不出现相交，则保留对应附面层网格单元；

S6：根据所述边界条件、所述生成参数和所述狭缝特征值，更新下一层的前沿点，若前沿点非空，则重复S4-S5，若为空，则输出附面层网格。

进一步地，所述生成参数包括第一层附面层网格高度、附面层网格最大层数、附面层网格相邻层层高比例、最大八叉树深度和最多八叉树三角形个数。

进一步地，在所述生长前沿边界上使用光线追踪的方法计算前沿点的狭缝特征值，具体包括：

根据所述生成参数，计算附面层网格总高度；

在所述生长前沿边界上的每个前沿点上射出一条光线并与所述表面网格求交；

如有求交，则判定该前沿点有狭缝特征值，其中所述狭缝特征值的大小为线段相交点与该前沿点的距离除以目标高度；

如有不求交，则所述狭缝特征值的大小为1。

进一步地，对所有当前层前沿点，根据所述边界条件、所述生成参数和所述狭缝特征值，计算前沿点光滑法向场和初始步长值，包括：

对所有前沿点，按复杂程度不同，分别计算出初始最优网格点生长法向；

对初始最优网格点生长法向使用光滑化处理，得到光滑法向场；

根据所述边界条件、所述生成参数和所述狭缝特征值，对前沿点初始步长值进行调整，调整后的初始步长值为所述狭缝特征值乘以初始步长值；

进一步地，在生成附面层网格后，判断所述附面层网格中附面层网格单元是否符合质量要求及相交，若不符合质量要求或出现相交，则删除对应附面层网格单元，若符合质量要求和不出现相交，则保留对应附面层网格单元，包括：

在所述附面层网格生成前，先预生成附面层网格单元，判断网格质量是否满足仿真要求，若不满足则删除附面层网格单元，若满足则进行相交检测；

将所述附面层网格表面分解成三角形网格，其中所述附面层网格网格单元类型为三棱柱网格，每个三棱柱侧面按对角线分解为两个三角形，并采用层进求交策略；

将所有三角形放于八叉树中，并根据所述生成参数建立八叉树；

对于八叉树的每个叶节点中所有的三角形顶点，使用主成分分析(PCA)的方法寻找主方向；

将叶节点中的三角形投影到所述主方向上，并判断两两三角形是否在主方向上会有重叠，若有重叠则继续相交检测，若无重叠则认为这两个三角形无相交；

在每个叶节点内部进行三角形与三角形的两两相交检测；

基于所述三角形的两两相交检测，判断附面层网格单元是否与其他网格单元相交，若相交则删除附面层网格单元，若不相交则保留对应单元。

根据本申请实施例的第二方面，提供一种面向粘性边界流场数值模拟的附面层网格生成装置，包括：

获取模块，用于获取全三角形的表面网格及其对应的边界条件和生成参数，并得到第一层的生长前沿边界；

第一计算模块，用于在所述生长前沿边界上使用光线追踪的方法判断前沿点的狭缝特征值；

第二计算模块，用于对所有当前层前沿点，根据所述边界条件、所述生成参数和所述狭缝特征值，计算前沿点光滑法向场和初始步长值；

生成模块，根据所述前沿点光滑法向场和初始步长，将法向场和初始步长值应用于所述附面层网格中的三棱柱网格的侧棱方向和生长长度，在所述表面网格上生成附面层网格；

判断模块，用于在生成附面层网格后，判断所述附面层网格中附面层网格单元是否符合质量要求及相交，若不符合质量要求或出现相交，则删除对应附面层网格单元，若符合质量要求和不出现相交，则保留对应附面层网格单元；

更新模块，用于根据所述边界条件、所述生成参数和所述狭缝特征值，更新下一层的前沿点，若前沿点非空，则重复生成模块-判断模块，若为空，则输出附面层网格。

进一步地，所述生成参数包括第一层附面层网格高度、附面层网格最大层数、附面层网格相邻层层高比例、最大八叉树深度和最多八叉树三角形个数。

进一步地，所述第一计算模块，具体包括：

第一计算子模块，用于根据所述生成参数，计算附面层网格总高度；

求交子模块，用于在所述生长前沿边界上的每个前沿点上射出一条光线并与所述表面网格求交；

第二计算子模块，用于如有求交，则判定该前沿点有狭缝特征值，其中所述狭缝特征值的大小为线段相交点与该前沿点的距离除以目标高度；

第三计算子模块，用于如有不求交，则所述狭缝特征值的大小为1。

进一步地，所述第二计算模块，包括：

第四计算子模块，用于对所有前沿点，按复杂程度不同，分别计算出初始最优网格点生长法向；

光滑化处理子模块，用于对初始最优网格点生长法向使用光滑化处理，得到光滑法向场；

调整子模块，用于根据所述边界条件、所述生成参数和所述狭缝特征值，对前沿点初始步长值进行调整，调整后的初始步长值为所述狭缝特征值乘以初始步长。

进一步地，所述判断模块，包括：

第一判断子模块，用于在所述附面层网格生成前，先预生成附面层网格单元，判断网格质量是否满足仿真要求，若不满足则删除附面层网格单元，若满足则进行相交检测；

分解子模块，用于将所述附面层网格表面分解成三角形网格，其中所述附面层网格网格单元类型为三棱柱网格，每个三棱柱侧面按对角线分解为两个三角形，并采用层进求交策略，并采用层进求交策略；

建立子模块，用于将所有三角形放于八叉树中，并根据所述生成参数建立八叉树；

寻找子模块，用于对于八叉树的每个叶节点中所有的三角形顶点，使用主成分分析(PCA)的方法寻找主方向；

第二判断子模块，用于将叶节点中的三角形投影到所述主方向上，并判断两两三角形是否在主方向上会有重叠，若有重叠则继续相交检测，若无重叠则认为这两个三角形无相交；

检测子模块，用于在每个叶节点内部进行三角形与三角形的两两相交检测；

第三判断子模块，用于基于所述三角形的两两相交检测，判断附面层网格单元是否与其他网格单元相交，若相交则删除附面层网格单元，若不相交则保留对应单元。

根据本申请实施例的第三方面，提供一种电子设备，包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如第一方面所述的方法。

根据本申请实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现如第一方面所述方法的步骤。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：在用户输入下能够全自动，高质量地生成附面层网格。在充分利用附面层网格特性下，采用多种快速求交方法，克服了附面层网格生成效率和鲁棒性问题，同等条件下，其生成耗时只有现行商业软件四分之一左右。同时，通过狭缝探测技术，成功处理网格狭缝特征，使得算法对复杂几何的兼容性变强。

本申请可以适用于复杂外形，其对凹角，凸角，狭缝等复杂特征均能生成附面层，在典型工程算例上网格质量优于使用T-Rex技术的某国外商业软件。

本申请可以非常高效高鲁棒性的完成附面层网格生成，对工业上非常复杂几何外形的粘性边界模拟(如复杂外形的飞行器和导弹)具有高度的适用性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种面向粘性边界流场数值模拟的附面层网格生成方法的流程图。

图2是根据一示例性实施例示出的F6典型凹角和典型凸角处法向示意图。

图3是根据一示例性实施例示出的F6发动机挂仓附近距离场示意图。

图4是根据一示例性实施例示出的F6模型表面网格示意图。

图5是根据一示例性实施例示出的基于PCA的主方向寻找算法示意图。

图6是根据一示例性实施例示出的F6整体附面层网格示意图。

图7是根据一示例性实施例示出的F6发动机挂仓附面层网格示意图。

图8是根据一示例性实施例示出的算例库中算例表面网格缩略图。

图9是根据一示例性实施例示出的算例库中商业软件和本发明的生成效率对比图。

图10是根据一示例性实施例示出的一种面向粘性边界流场数值模拟的附面层网格生成装置的框图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

图1是根据一示例性实施例示出的一种面向粘性边界流场数值模拟的附面层网格生成方法的流程图，如图1所示，该方法可以包括以下步骤：

S1：获取全三角形的表面网格及其对应的边界条件和生成参数，并得到第一层的生长前沿边界；

具体地，根据所述全三角形网格，获取每个三角形对应的边界条件信息，其中边界条件信息包括物面和包围盒，附带物面边界条件的三角形网格上的点则被定义为第一层的前沿点。这种边界条件的设计使得用户可以自由定义附面层网格生长的边界。所述生成参数包括第一层附面层网格高度、附面层网格最大层数、附面层网格相邻层层高比例、最大八叉树深度和最多八叉树三角形个数。

如实施例1中，我们采用本发明算法验证模型F-6飞机上的效果，并使用网格生成工具制作表面网格，该表面网格包含300060个三角形网格，150030个网格点，其表面网格样式如图2所示，并应用本发明的算法，利用C++实现附面层网格的快速生成，取第一层附面层网格高度为0.003，相邻层层高比例为1.2，附面层网格最大层数为50，最大八叉树深度为14，最多八叉树三角形个数为80。

S2：在所述生长前沿边界上使用光线追踪的方法计算前沿点的狭缝特征值；该步骤可以包括以下子步骤：

S21：根据所述生成参数，计算附面层网格总高度；

具体地，设所述第一层附面层网格高度为h₀，所述附面层最大层数为L_max,所述附面层网格相邻层层高比例为β，则第i层的高度：

h_i＝β^i-1h₀

进一步地，附面层总高度为：

如实施例1中，总高度为136.5。

S22：在所述生长前沿边界上的每个前沿点上射出一条光线并与所述表面网格求交；

具体地，对于每一个前沿点，按照所述围绕所述点的三角形网格的面法向的平均值作为光线方向，射出一条光线，并使用光线追踪方法，进行所述三角形网格和光线的求交。

S23：如有求交，则判定该前沿点有狭缝特征值，其中所述狭缝特征值的大小为线段相交点与该前沿点的距离除以目标高度；

具体地，前沿点为p线段相交点与该前沿点i的距离为H_p，如果H_p<H则狭缝特征值为：

如有不求交，则所述狭缝特征值的大小为1。

具体地，如果H_p≥H则狭缝特征值为：v_i＝1。如实施例1中，图3展示了最终的狭缝特征值结果，狭缝特征值小的区域灰度较小，而狭缝特征值接近1的地方灰度较大。

S3：对所有当前层前沿点，根据所述边界条件、所述生成参数和所述狭缝特征值，计算前沿点光滑法向场和初始步长值，该步骤可以包括以下子步骤：

S31：对所有前沿点，按复杂程度不同，分别计算出初始最优网格点生长法向；

具体地，在计算初始法向场时，法向需要保证与周围的三角形面片尽量形成一个正角度，但是鲁棒的算法通常需要迭代，因此时间效率较低，本方法采用多种策略结合的形式，结合高性能但鲁棒性较差的方法和性能较差但低鲁棒性的方法，针对角点的不同复杂度，采用不同的方法得到一个综合效率和鲁棒性的初始法向处理办法。首先判断所述前沿点复杂情况，对于前沿点周围的边的二面角大于90度的点称为复杂前沿点。对于非复杂前沿点，本方法采用周围面法向平均的方法得到初始法向；对于复杂前沿点，采用迭代算法获取与表面网格形成的最小角最大的初始法向。

S32：对初始最优网格点生长法向使用光滑化处理，得到光滑法向场；

具体地，光滑化的目标是使得相邻所述前沿点之间的法向差距变小。传统的方法是使用拉普拉斯光滑化，每次迭代，每个所述前沿点的法向由周围的前沿点的法向确定，时间性能较差，本方法根据附面层网格实际情况，采用增量迭代的方法，每次迭代时，和迭代所有前沿点不同，本方法先判断上一次迭代后法向的变化，对于法向变化角度大于1度的，当前前沿点继续进行迭代，对于法向变化小于1度的，当前前沿点迭代停止。通过此技巧，迭代前沿点数量减少可提高迭代性能。如实施例1中，图4选取了一个典型带凹凸特征的角点，并以箭头的形式展示了其法向，可以看到法向过渡光滑。

S33：根据所述边界条件、所述生成参数和所述狭缝特征值，对前沿点初始步长值进行调整，调整后的初始步长值为所述狭缝特征值乘以初始步长值；

具体地，当前前沿点的初始步长值为所述狭缝特征值与所述当前层高度的乘积。

S4：根据所述前沿点光滑法向场和初始步长值，将法向场和初始步长值应用于所述附面层网格中的三棱柱网格的侧棱方向和侧棱长度，在所述表面网格上生成附面层网格；

具体地，法向方向将被作为三棱柱网格侧棱的方向，而步长则会被作为侧棱的长度。对于每个前沿点都会生成侧棱，而对于每个所述三角形网格下的每个三角形，如果三个点都有侧棱，则会生成三棱柱网格。

S5：在生成附面层网格后，判断所述附面层网格中附面层网格单元是否符合质量要求及相交，若不符合质量要求或出现相交，则删除对应附面层网格单元，若符合质量要求和不出现相交，则保留对应附面层网格单元；该步骤可以包括以下子步骤：

S51：在所述附面层网格生成前，先预生成附面层网格单元，判断网格质量是否满足仿真要求，若不满足则删除附面层网格单元，若满足则进行相交检测；

具体地，所述附面层网格质量要求包括所述三棱柱网格体积和所述三棱柱网格到标准三棱柱网格仿射变换的雅克比矩阵行列式值，若所述三棱柱网格体积小于0则质量不达标。若所述三棱柱网格雅克比矩阵行列式值小于1e^-5，则质量不达标。网格体积和雅克比是仿真中重要的质量评估手段，这将保证网格对于仿真的有效性。若网格通过质量检测，则进行网格相交检测，若不通过则删除不通过网格单元。

S52：将所述附面层网格表面分解成三角形网格，其中所述附面层网格网格单元类型为三棱柱网格，每个三棱柱侧面按对角线分解为两个三角形；

具体地，对于每个所述三棱柱网格，侧面为四边形，为了方便求交，侧面将会按照对角线分割成两个三角形。三棱柱有三个侧面，因此总共六个三角形。顶面和底面分别为一个三角形，因此共计八个三角形将会进入到S53。

S53：将所有三角形放于八叉树中，并根据所述生成参数建立八叉树；

具体地，本方法采用八叉树求交，求交时求交方法对于时间性能影响很大，本方法采用层进求交的思路，如果我们称三棱柱侧面没有被其他三棱柱遮挡，我们认为三棱柱侧面是暴露的。在每次求交时，对S52中所述的八个三角形中，只有顶面三角形和暴露在外围的侧面少量三角形会进行求交。若顶面三角形或暴露的侧面少量三角形发生相交，则删除相交三角形，递归继续对新增的暴露的侧面的三角形进行相交。这种做法可以大大降低求交三角形量。如实施例1中，图5的左上图则展示了面网格，图5的右上图则展示了八叉树的透视图。

S54：对于八叉树的每个叶节点中所有的三角形顶点，使用主成分分析(PCA)的方法寻找主方向；

具体地，对于每个叶节点，首先将叶节点中的每个三角形的顶点取出，并得到他们的空间坐标，利用PCA的方法可以在离散点集上寻找主方向，所述主方向即为该主方向。如实施例1中，图5的右下图则展示了顶点图，图5的左下图则展示了部分叶节点的主方向，以箭头的形式展示。

S55：将叶节点中的三角形投影到所述主方向上，并判断两两三角形是否在主方向上会有重叠，若有重叠则继续相交检测，若无重叠则认为这两个三角形无相交；

具体地，将八叉树叶节点中的三角形按其在尺度最大的主方向上投影并按投影值排序，在主方向上是否相交的问题是三角形是否相交的必要条件，而主方向上是否相交可以转化为经典区间重叠检测问题，可以大大加速三角形相交检测过程。

S56：在每个叶节点内部进行三角形与三角形的两两相交检测；

具体地，对于在主方向上有重叠的三角形对，首先判断两个三角形是否有重复节点，如果有则执行重复点对边与三角形相交检测的算法，如果没有则执行三角形的三个边与三角形相交检测的算法，这样做可以保证算法鲁棒性的前提下，充分利用边界层网格求交过程中很多三角形共享节点的特性加速。

S57：基于所述三角形的两两相交检测，判断附面层网格单元是否与其他网格单元相交，若相交则删除附面层网格单元，若不相交则保留对应单元。

具体地，如果出现相交，则删除单元，如果不相交，则认为单元已经满足要求。这个过程将会递归进行，根据S53，非暴露面将不在求交范畴，而如果删除了单元则会引入新的暴露面，对这些新暴露面将会重复S56-S57。

S6：根据所述边界条件、所述生成参数和所述狭缝特征值，更新下一层的前沿点，若前沿点非空，则重复S4-S5，若为空，则输出附面层网格。

具体地，若达到最大层数，则清空前沿点。若前沿点为空则整个流程完毕。如实施例1，图6和图7分别展示了两个复杂角点的附面层网格切片图，可以看到明显的结构性，贴近物面的区域出现大量的四边形，这些四边形则为三棱柱网格侧面，而外围的三角形则是为了显示用的四面体地侧面。

由上述实施例可知，本申请解决了附面层网格生成算法中求交速度过慢导致网格生成过慢，从而影响仿真效率的问题。通过减少参与相交的三角形数量，设计八叉树中一层过滤器等方法，将整体求交量可降至该层单元数的一倍，而传统方法则是单元数的4倍以上。综合以上创新点，本发明的算法效率将比传统算法提升一个量级以上，根据实施例，比现在商业软件生成效率高一个数量级。

在本实施例中，我们对比了本申请的方法与现行主流商业软件算法的时间效率。模型库中包含多个公开的工业级复杂度的飞行器表面网格，也包含多个简单几何体。在使用相同输入表面网格和相同生成参数下，在同一个计算机下我们对比了两个软件生成的小时间效率(测试使用台式机(Intel Core i7-4790KCPU)，单核运行)，图8为工业级复杂算例库的缩略示意图，共包含48个算例。图9为由这些算例生成的表面网格分别由本申请的方法和主流商业软件的对比，横轴(对数坐标)为粘性网格数量，纵轴(对数坐标)为生成粘性网格需要的时间，可以看出，本发明普遍比商业软件速度快4倍以上。

与前述的面向粘性边界流场数值模拟的附面层网格生成方法的实施例相对应，本申请还提供了面向粘性边界流场数值模拟的附面层网格生成装置的实施例。

图10是根据一示例性实施例示出的一种面向粘性边界流场数值模拟的附面层网格生成装置框图。参照图10，该装置包括：

获取模块1，用于获取全三角形的表面网格及其对应的边界条件和生成参数，并得到第一层的生长前沿边界；

第一计算模块2，用于在所述生长前沿边界上使用光线追踪的方法判断前沿点的狭缝特征值；

第二计算模块3，用于对所有当前层前沿点，根据所述边界条件、所述生成参数和所述狭缝特征值，计算前沿点光滑法向场和初始步长值；

生成模块4，根据所述前沿点光滑法向场和初始步长，将法向场和初始步长值应用于所述附面层网格中的三棱柱网格的侧棱方向和生长长度，在所述表面网格上生成附面层网格；

判断模块5，用于在生成附面层网格后，判断所述附面层网格中附面层网格单元是否符合质量要求及相交，若不符合质量要求或出现相交，则删除对应附面层网格单元，若符合质量要求和不出现相交，则保留对应附面层网格单元；

更新模块6，用于根据所述边界条件、所述生成参数和所述狭缝特征值，更新下一层的前沿点，若前沿点非空，则重复生成模块4-判断模块5，若为空，则输出附面层网格。

所述第一计算模块，具体包括：

第一计算子模块，用于根据所述生成参数，计算附面层网格总高度；

求交子模块，用于在所述生长前沿边界上的每个前沿点上射出一条光线并与所述表面网格求交；

第二计算子模块，用于如有求交，则判定该前沿点有狭缝特征值，其中所述狭缝特征值的大小为线段相交点与该前沿点的距离除以目标高度；

第三计算子模块，用于如有不求交，则所述狭缝特征值的大小为1。

所述第二计算模块，包括：

第四计算子模块，用于对所有前沿点，按复杂程度不同，分别计算出初始最优网格点生长法向；

光滑化处理子模块，用于对初始最优网格点生长法向使用光滑化处理，得到光滑法向场；

调整子模块，用于根据所述边界条件、所述生成参数和所述狭缝特征值，对前沿点初始步长值进行调整，调整后的初始步长值为所述狭缝特征值乘以初始步长。

所述判断模块，包括：

第一判断子模块，用于在所述附面层网格生成前，先预生成附面层网格单元，判断网格质量是否满足仿真要求，若不满足则删除附面层网格单元，若满足则进行相交检测；

分解子模块，用于将所述附面层网格表面分解成三角形网格，其中所述附面层网格网格单元类型为三棱柱网格，每个三棱柱侧面按对角线分解为两个三角形，并采用层进求交策略；

建立子模块，用于将所有三角形放于八叉树中，并根据所述生成参数建立八叉树；

寻找子模块，用于对于八叉树的每个叶节点中所有的三角形顶点，使用主成分分析(PCA)的方法寻找主方向；

第二判断子模块，用于将叶节点中的三角形投影到所述主方向上，并判断两两三角形是否在主方向上会有重叠，若有重叠则继续相交检测，若无重叠则认为这两个三角形无相交；

检测子模块，用于在每个叶节点内部进行三角形与三角形的两两相交检测；

第三判断子模块，用于基于所述三角形的两两相交检测，判断附面层网格单元是否与其他网格单元相交，若相交则删除附面层网格单元，若不相交则保留对应单元。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

相应的，本申请还提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上述的一种面向粘性边界流场数值模拟的附面层网格生成方法。

相应的，本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现如上述的一种面向粘性边界流场数值模拟的附面层网格生成方法。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种面向粘性边界流场数值模拟的附面层网格生成方法，其特征在于，包括：

S1：获取全三角形的表面网格及其对应的边界条件和生成参数，并得到第一层的生长前沿边界；

S2：在所述生长前沿边界上使用光线追踪的方法计算前沿点的狭缝特征值；

S3：对所有当前层前沿点，根据所述边界条件、所述生成参数和所述狭缝特征值，计算前沿点光滑法向场和初始步长值；

S4：根据所述前沿点光滑法向场和初始步长值，将法向场和初始步长值应用于所述附面层网格中的三棱柱网格的侧棱方向和侧棱长度，在所述表面网格上生成附面层网格；

S5：在生成附面层网格后，判断所述附面层网格中附面层网格单元是否符合质量要求及相交，若不符合质量要求或出现相交，则删除对应附面层网格单元，若符合质量要求和不出现相交，则保留对应附面层网格单元；

S6：根据所述边界条件、所述生成参数和所述狭缝特征值，更新下一层的前沿点，若前沿点非空，则重复S4-S5，若为空，则输出附面层网格；

其中对所有当前层前沿点，根据所述边界条件、所述生成参数和所述狭缝特征值，计算前沿点光滑法向场和初始步长值，包括：

对所有前沿点，按复杂程度不同，分别计算出初始最优网格点生长法向；

对初始最优网格点生长法向使用光滑化处理，得到光滑法向场；

根据所述边界条件、所述生成参数和所述狭缝特征值，对前沿点初始步长值进行调整，调整后的初始步长值为所述狭缝特征值乘以初始步长值；

其中在生成附面层网格后，判断所述附面层网格中附面层网格单元是否符合质量要求及相交，若不符合质量要求或出现相交，则删除对应附面层网格单元，若符合质量要求和不出现相交，则保留对应附面层网格单元，包括：

在所述附面层网格生成前，先预生成附面层网格单元，判断网格质量是否满足仿真要求，若不满足则删除附面层网格单元，若满足则进行相交检测；

将所述附面层网格表面分解成三角形网格，其中所述附面层网格网格单元类型为三棱柱网格，每个三棱柱侧面按对角线分解为两个三角形，并采用层进求交策略；

将所有三角形放于八叉树中，并根据所述生成参数建立八叉树；

对于八叉树的每个叶节点中所有的三角形顶点，使用主成分分析（PCA）的方法寻找主方向；

将叶节点中的三角形投影到所述主方向上，并判断两两三角形是否在主方向上会有重叠，若有重叠则继续相交检测，若无重叠则认为这两个三角形无相交；

在每个叶节点内部进行三角形与三角形的两两相交检测；

基于所述三角形的两两相交检测，判断附面层网格单元是否与其他网格单元相交，若相交则删除附面层网格单元，若不相交则保留对应单元。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述生长前沿边界上使用光线追踪的方法计算前沿点的狭缝特征值，具体包括：

根据所述生成参数，计算附面层网格总高度；

在所述生长前沿边界上的每个前沿点上射出一条光线并与所述表面网格求交；

如有求交，则判定该前沿点有狭缝特征值，其中所述狭缝特征值的大小为线段相交点与该前沿点的距离除以目标高度；

如有不求交，则所述狭缝特征值的大小为1。

3.一种面向粘性边界流场数值模拟的附面层网格生成装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取全三角形的表面网格及其对应的边界条件和生成参数，并得到第一层的生长前沿边界；

第一计算模块，用于在所述生长前沿边界上使用光线追踪的方法判断前沿点的狭缝特征值；

第二计算模块，用于对所有当前层前沿点，根据所述边界条件、所述生成参数和所述狭缝特征值，计算前沿点光滑法向场和初始步长值；

生成模块，根据所述前沿点光滑法向场和初始步长，将法向场和初始步长值应用于所述附面层网格中的三棱柱网格的侧棱方向和生长长度，在所述表面网格上生成附面层网格；

判断模块，用于在生成附面层网格后，判断所述附面层网格中附面层网格单元是否符合质量要求及相交，若不符合质量要求或出现相交，则删除对应附面层网格单元，若符合质量要求和不出现相交，则保留对应附面层网格单元；

更新模块，用于根据所述边界条件、所述生成参数和所述狭缝特征值，更新下一层的前沿点，若前沿点非空，则重复生成模块-判断模块，若为空，则输出附面层网格；

其中所述生成模块，包括：

第四计算子模块，用于对所有前沿点，按复杂程度不同，分别计算出初始最优网格点生长法向；

光滑化处理子模块，用于对初始最优网格点生长法向使用光滑化处理，得到光滑法向场；

调整子模块，用于根据所述边界条件、所述生成参数和所述狭缝特征值，对前沿点初始步长值进行调整，调整后的初始步长值为所述狭缝特征值乘以初始步长；

其中所述判断模块，包括：

第一判断子模块，用于在所述附面层网格生成前，先预生成附面层网格单元，判断网格质量是否满足仿真要求，若不满足则删除附面层网格单元，若满足则进行相交检测；

分解子模块，用于将所述附面层网格表面分解成三角形网格，其中所述附面层网格网格单元类型为三棱柱网格，每个三棱柱侧面按对角线分解为两个三角形，并采用层进求交策略；

建立子模块，用于将所有三角形放于八叉树中，并根据所述生成参数建立八叉树；

寻找子模块，用于对于八叉树的每个叶节点中所有的三角形顶点，使用主成分分析（PCA）的方法寻找主方向；

第二判断子模块，用于将叶节点中的三角形投影到所述主方向上，并判断两两三角形是否在主方向上会有重叠，若有重叠则继续相交检测，若无重叠则认为这两个三角形无相交；

检测子模块，用于在每个叶节点内部进行三角形与三角形的两两相交检测；

第三判断子模块，用于基于所述三角形的两两相交检测，判断附面层网格单元是否与其他网格单元相交，若相交则删除附面层网格单元，若不相交则保留对应单元。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一计算模块，具体包括：

第一计算子模块，用于根据所述生成参数，计算附面层网格总高度；

求交子模块，用于在所述生长前沿边界上的每个前沿点上射出一条光线并与所述表面网格求交；

第二计算子模块，用于如有求交，则判定该前沿点有狭缝特征值，其中所述狭缝特征值的大小为线段相交点与该前沿点的距离除以目标高度；

第三计算子模块，用于如有不求交，则所述狭缝特征值的大小为1。

5.一种电子设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储器，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-2任一项所述的方法。

6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，该指令被处理器执行时实现如权利要求1-2中任一项所述方法的步骤。