有限单元法的非结构化网格及其自动生成

本文介绍了有限单元法非结构化网格的基本原理及其自动形成方法。由于有限元法是一种离散的数值求解方法，其近似求解方法的精确度，很大程度上取决于所形成网格的质量。另外，对于工程中一些形状复杂的问题，一般的网格生成方法很难对其进行离散。非结构化网格及其自动生成，使复杂形状的工程问题容易地进行离散，改善所形成网格的质量，提高近似计算的精确度，并且在有限元网格修正自适应分析中具有重要作用。     

结构化与非结构化网格中的导热计算

用基元有限容积方法求解热传导问题,同时采用结构化网格和非结构化网格,并和精确解相比较.虽然从两种网格形式,都能得到满意的结果,但结构化网格较三角形非结构化网格在规则区域更精确一些.为了提高非结构化网格的精度,二次扩散项是十分重要的.     

高速列车数值计算模型网格划分方法研究

网格生产技术是CFD数值模拟计算的关键技术,网格的优劣直接影响计算的收敛性,决定着数值计算的准确精度和计算成本。结合ICE2高速列车简化模型,使用ICEM CFD软件,划分结构化网格和非结构化网格,比较两种网格的网格质量,对比数值计算结果,总结不同网格类型的优缺点和适应性,为复杂车体模型的网格划分提供参考依据。     

商用软件GAMBIT的解析和应用

利用商业软件GAMBIT非结构化网格生成技术,解决非FLUENT用户使用不同解算器时,网格生成耗费大量时间的问题.通过转换GAMBIT生成的网格数据结构,连接编制求解导热方程数值计算程序,并且进行数值计算和与精确解比较,以此证明本方法的可行性和合理性.     

基于弹簧近似的非结构化网格自适应处理方法

首先对弹簧近似法进行了说明,并对节点弹簧法和边弹簧法进行了对比.在边弹簧法的基础上,从调节弹簧平衡长度的角度出发,提出了一种非结构化网格的自适应处理方法,并结合有限单元法,给出了网格自适应处理的流程.最后,对一维对流扩散方程、二维线性抛物型方程以及欧拉方程进行了求解.计算结果表明:文中提出的网格自适应处理方法可以使几个问题的网格节点布置更为合理,有效地降低数值误差,提高计算精度,特别对于算例中所涉及的二维非结构化网格,自适应化过程中并没有出现网格重叠现象.     

流固移动边界网格剖分和更新的改进弹簧近似法

在分析顶点弹簧近似法基础上,改进标准弹簧近似法,推导出修正弹簧刚度,以提高其对大扭曲变形的适应能力.通过NACA0012翼型非结构化网格流场算例检验在大变形下,改进弹簧近似法生成网格的质量.通过映射方法,把改进弹簧近似法用于结构化网格,提高网格更新质量.引入网格单元的长宽比和倾斜度等2个参数以定量分析网格质量.分析表明,改进弹簧近似法亦可有效地运用于结构化网格.通过二维圆柱绕流算例验证了用本文方法在网格更新方面的正确性.     

基于气泡堆积的非结构化网格生成技术

为了有效地提高网格的质量,基于物理思想发展了一种基于气泡堆积的非结构化网格生成算法.该算法不同于其他典型的非结构化网格生成算法,具体步骤为:首先按一定的规则向给定区域内添加具有虚拟质量的气泡,使其紧密堆积以充满整个计算区域;然后引入气泡之间的相互作用力得到各气泡的运动控制方程,通过求解该方程来调整各气泡的位置,反复迭代使所有气泡受力最小,最终达到整个系统的受力平衡,从而有效避免相邻气泡过于重叠或分离,实现调整节点位置优化网格的目的;最后通过Delaunay三角形化方法有效地联接这些气泡的中心,生成非结构化三角形网格.基于上述算法开发了相应的程序,将网格生成结果与Delaunay划分并结合拉普拉斯光顺化方法生成的网格进行了对比,发现网格的几何不规则度大大减小,质量得到了明显的提高.     

气泡堆积法生成局部加密非结构化网格

对生成非结构化网格的气泡堆积法(BPM)进行改进,提出了一种生成局部加密非结构化网格的算法.该算法通过向多边形顶点添加任意大小气泡以及在内部设置点源,并利用反距离加权平均法传递节点信息,简单地实现了局部加密/稀疏网格的生成.同时,还提出了气泡数量的控制方法,可对过于稠密或者疏松的气泡群进行气泡的删除和添加,使所有的气泡更好地与计算区域相匹配,消除了不规则三角形网格的生成,提高了生成网格的质量.用改进的BPM算法对矩形区域生成了边界加密、中心稀疏的非结构化网格,在雷诺数为1000的工况下对方腔项盖驱动流进行了数值模拟,与基准解对比非常吻合,证明生成的网格质量较好.     

非线性反应扩散问题两网格混合有限元法的数值分析

对于一类非线性反应扩散问题,给出了一种两网格混合有限元解法.首先在粗网格上求解非线性方程组,然后在细网格上采用了牛顿迭代求解.从数值分析的角度对两网格混合有限元算法进行了研究.数值算例结果表明,与混合有限元方法相比,两网格混合有限元方法在不降低解的精度阶数的条件下,提高了计算速度.     

移动网格技术在计算流体动力学数值仿真中的应用

基于调和映射理论,将移动网格技术(moving mesh technolog)应用到计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)的数值仿真计算中.推导了移动网格技术在处理大变形问题时求解域的更新过程,并给出了相应的程序流程图,解决了传统固定网格无法模拟大变形的问题.利用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics 4.0a将移动网格方程与流体流动的控制微分方程耦合求解,模拟了油箱晃动时里面油的运动情况.数值模拟得出:移动网格技术可以较真实的模拟流体求解域的大变形问题;在仿真过程中,流体求解域范围内的节点和网格数量并没有增加,只是网格的形状发生了改变,因此移动网格方法并不会额外增加计算机资源.     

Method of determining grid sizes of finite element method of water quality models for geometrically complex river course

The method of determining grid sizes of finite element method of water quality models is presented on the basis of characteristics of pollutant distributed in the just downstream grid of discharge. A given length of the grid is applied to calculate the minimum distance for the pollutant to complete mixing in the lateral direction n the just downstream grid of the discharge, and the minimum distance is regarded as the maximum width of the grid. Application of the maximum width of the grid and flow rate per unit width of the river results in the number of flow zones in the lateral direction of the river. Consequently division of grids and numerical calculation of water quality with finite clement method can be carried out on the basis of available method and topographic map of the river course. Analysis of scnsitivity shows that the effect of the width of the river and the effect of the length of the grids on the minimum number of flow zones in the lateral direction is relatively small, and that the effect of the given lateral mixing degree of the pollutants on the minimum number of flow zones is acceptable, which indicates that the method presented is relatively stable. The method can avoid thc blindness and randomness in determining the number of flow zones, and can decrease the amount of computation under the condition that the accuracy requirement is mct. The problem that determining the sizes of the grids must rely on empirical knowledge has bcen solved.     

The investigation on computational grids in wind turbine positioning optimization using greedy algorithm

In this paper, the effect of the computational grids on the wind turbine positioning optimization is studied. The linear wake flow model is used to calculate the turbine wake flow. The power law is used to model the power curve of wind turbine. Greedy algorithm with repeated adjustments is introduced to solve the wind turbine positioning problem, with the target of maximizing the total power output of wind farm. Square grid and triangle grid with various orientations are used to discretize the area of wind farm. Three numerical cases are introduced to study the effect of the computational grids on the optimized results. The results show that the optimized power output can be improved through choosing appro- priate grid orientation. The suggested grid orientations for single direction wind case and multi-direction wind case are given.     

燃烧室冷态流动的数值模拟

采用曲线坐标,对一个典型的燃气轮机燃烧室的冷态流动进行了数值计算,得到的结果定性合理．同时,提出了一种新颖而又简单的网格生成方法,使用该方法得到的计算网格的质量明显优于常规方法     

快速生成三维非结构网格的一种方法

提出了快速生成三维非结构网格的一种方法。在（ｘ１,ｘ２,ｘ３）构成的三维曲线坐标系中,该方法只需在任意选定的一个拟Ｓ１面（即由ｘ１,ｘ２所张成的曲面）上生成非结构网格,而其它拟Ｓ１面上的网格是通过空间映射来完成的。所生成网格的总特点是在拟Ｓ１面上为非结构三角形网格,而沿ｘ３方向上具有结构网格的特征,因此,所生成的网格属于五面体单元。在拟Ｓ１面上生成网格时,采用分区生成技术,即在近壁面区生成以Ｏ型网格为基础的三角形单元,在远离壁面区采用本文发展的一种高效快速生成非结构网格的方法。该方法改进了Ｂｏｗｙｅｒ－Ｗａｔｓｏｎ算法,通过合理的配置网格尺度分布函数来保证整个拟Ｓ１面上非结构网格生成的质量,并借助于堆栈搜索技术,大大提高了计算效率。整个三维程序用Ｆｏｒｔｒａｎ语言编制,大量的计算表明：该程序能够快速高效地生成满意的三维非结构网格。     

三维笛卡尔网格生成前处理软件测试

针对自主开发的三维笛卡尔网格生成前处理软件,基于CT扫描思想,提出了一种通过对三维网格进行二维切片/三维剖切显示来检测网格生成质量的测试方法. 通过该测试方法发现部分测试实例中实体内部存在异常空网格的问题,该问题是由于三维实体的三角面片化近似引起的,文中给出了消除异常空网格的实现方法. 网格生成测试算例验证了本文所给出的软件测试方法的有效性.     

浆叶的厚度和扭转对低雷诺数旋翼悬停流场的影响

运用嵌套网格技术研究了浆叶的厚度和扭转对低雷诺数旋翼流场的影响.对旋翼浆叶生成单块的C型贴体网格,同时针对悬停流场的基本特征,采用近似柱型的背景网格来捕捉远场尾涡,网格间流场信息的传递通过嵌套网格技术来实现.首先,通过模拟高雷诺数的悬停流场验证了方法的可行性,在此基础上,对低雷诺数旋翼浆叶在不同厚度和有无扭转时的悬停流场进行了比较分析.     

交互网格中的会话管理机制研究

区别于传统的计算网格和数据网格,交互网格是未来网格应用发展的一个重要方面.分析了交互网格中协作应用的特点;提出了一种交互网格中的会话管理框架,通过会话管理支持网格中各种异构资源之间的协同交互;采用面向服务的架构实现了一个会话管理原型,并对其总体特性进行了评价.实验表明该系统能支持基于网格的协同应用.     

非均质油藏数值模拟的网络自动剖分

本文所提出的自动网格生成和调整方法适于有限差分模拟器网格，最终块尽可能地关于某个参数为均质（如孔隙度，渗透率），均质网格块是我们在流变模拟研究中所希望的，因为它使块的平均有效性质评价更容易。     

精细油藏描述数据的粗化方法研究

根据稳定渗流过程中质量流量的连续性特征 ,对精细油藏描述数据的粗化处理方法进行了研究。结果表明 ,串联网格平均渗透率为细网格渗透率的调和平均 ;粗网格的平均渗透率与所设定的流入端与流出端的压差大小无关 ,只与细网格的渗透率和几何尺寸有关 ;某一方向上渗透率的粗化结果与另外两个方向上渗透率分布有关。油藏数值模拟结果表明 ,粗化后的地质模型与原模型是等效的     

柱体绕流的自适应数值模拟方法

发展了基于四叉树数据结构的网格生成和流动的Navier-Stokes方程数值求解器。采用压力梯度或者密度梯度的绝对值作为网格自适应的控制参量,同时采用基于最小二乘法的无网格方法处理对于一般Cartesian网格难于处理的物面边界条件。采取了绕方柱流动和绕圆柱流动的经典二维定常和非定常层流算例对所发展的方法进行了验证。计算的结果验证了所发展的方法在处理绕流流动时的合理性和有效性。从而也为将来数值模拟具有较复杂几何外形的流动提供了一种网格布局合理、高效,边界处理简单易行的新思路。