基于笛卡儿网格的自动化CFD特点分析及一种新策略

计算流体力学(CFD)计算通常分为预处理、求解和后处理三个独立的过程,其中预处理过程需耗费的人力时间占整个计算周期人力时间的70%以上。CFD计算自动化,尤其是网格生成自动化,对于提升气动计算效率具有重要意义。当前,对于无黏Euler方程的求解,国内外已出现较为成熟的自动化CFD商业软件,如Cart3D、KARALIT CFD、PiFlow等。上述软件通常采用笛卡儿网格技术自动生成网格,采用单元切割或浸入边界法处理物面边界。在文献调研的基础上,本文对基于笛卡儿网格的自动化CFD软件功能与特点进行了总结分析。在此基础上,对笛卡儿网格框架下自动化CFD技术路线的优缺点进行了分析,提炼了该技术路线存在的问题。最后,介绍了一种基于非结构有限差分法的自动化CFD新框架和初步实现方法,探索自动化CFD发展的新路径。

复杂外形下网格自动生成及流场计算新框架

针对计算流体力学工程应用中复杂外形下贴体网格难以全自动生成的问题,介绍了一种全新的自动化网格生成及计算新框架。新框架包括网格线允许交错的贴体网格生成、计算模板自由选点的差分计算和差分计算中坐标变换几何诱导误差消除等3个算法模块,实现从物面水密网格导入到流场计算结果输出的全流程自动化处理。网格生成算法从物面点矢量出发,根据给定的贴体网格层高、增长倍率、层数等参数一次性生成贴体网格,删除重叠部分网格,并重构出自由节点有限差分法计算需要的计算模板;自由节点有限差分法利用重构的计算模板,完成流场参数的差分求解;坐标变换几何诱导误差消除算法用于消除差分计算中从物理平面变换到计算平面时引入的几何诱导误差,实现保自由流,提高计算精度。验证结果表明,新框架在复杂外形下能够自动生成网格,显著提高了网格生成效率,同时计算精度与常规方法计算精度相当,具备工程实用价值。