本發(fā)明屬于科學(xué)計算領(lǐng)域，具體涉及科學(xué)計算中的網(wǎng)格生成方法。

背景技術(shù)：

科學(xué)計算已廣泛應(yīng)用于工農(nóng)工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實驗。為了實現(xiàn)科學(xué)計算，首先必須將空間連續(xù)區(qū)域離散為空間的離散節(jié)點，此即為網(wǎng)格生成。目前主要的網(wǎng)格生成方法有分塊網(wǎng)格、非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、混合網(wǎng)格等方法，這些方法各有優(yōu)缺點，分塊網(wǎng)格受到塊形狀限制不能實現(xiàn)任意復(fù)雜外形網(wǎng)格生成，同時，分塊網(wǎng)格的邊界處理非常復(fù)雜；非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的網(wǎng)格生成效率低、數(shù)值模擬效率較低、數(shù)值模擬分辨率較差，特別是對于各向異性問題必須借助半結(jié)構(gòu)網(wǎng)格等特別處理才能生成網(wǎng)格；混合網(wǎng)格難以形成統(tǒng)一的網(wǎng)格生成方法。為了克服這些方法的缺點，本發(fā)明給出了一種新的分塊混合單元網(wǎng)格生成方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種新的分塊網(wǎng)格生成方法，解決分塊網(wǎng)格復(fù)雜外形適應(yīng)性問題，克服非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格在網(wǎng)格生成效率、計算效率及各向異性問題的適應(yīng)性問題，建立適應(yīng)任意復(fù)雜狀態(tài)的一致網(wǎng)格生成方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：定義八種基本的塊形狀和五種基本的單元形狀。首先，通過尋找兩個面的對應(yīng)并確立關(guān)系來構(gòu)造塊，由此得到八種基本的塊形狀，其中，BLK2、BLK4、BLK5、BLK8(參考說明書附圖1)是本文新定義的塊；然后，檢查、修改、確認塊網(wǎng)格生成的完備性；第三，每個塊被離散成網(wǎng)格節(jié)點，由此得到五種基本的單元形狀，其中,十一棱體(參考說明書附圖3)是本文新定義的單元形狀，根據(jù)流體微元的概念，這是合理的；第四，塊離散后通過數(shù)值求解拋物化橢圓型方程優(yōu)化網(wǎng)格。

附圖說明

圖1是構(gòu)造區(qū)域分塊用的全部塊形狀，塊形狀標(biāo)記為BLK1-BLK8，其中BLK1、BLK3、BLK6、BLK7分別是六面體、三棱柱、寶塔型、四面體，BLK2、BLK4、BLK5、BLK8是本發(fā)明新定義的塊形狀，定義如下：

BLK2:七點十一棱邊六面體；

BLK4:五點七棱邊四面體；

BLK5:六點十棱邊六面體；

BLK8:三點四棱邊三面體。

圖2用于說明本發(fā)明構(gòu)造塊的過程。

圖3給出了本發(fā)明網(wǎng)格生成結(jié)果得到的五種網(wǎng)格單元形狀。其中六面體、四面體、寶塔形、三棱柱在已有的網(wǎng)格生成方法中已經(jīng)定義；BLK2類型的網(wǎng)格單元還沒有定義，本發(fā)明定義這類單元為十一棱體單元。

圖4給出了幾個典型塊的網(wǎng)格生成測試結(jié)果。

具體實施方式

1.定義基本幾何元素

點：科學(xué)計算中空間位置坐標(biāo)，點是本發(fā)明中使用的最小的幾何元素。

線：本發(fā)明中使用的線包括直線線段和曲線線段，點可以作為退化的線來使用。

面：四邊形面片是本發(fā)明中使用的基本面，三角形面片、二邊形面片、線、點可以作為退化的四邊形面片來使用。兩邊形面片只可能出現(xiàn)在壁面，分塊時一步消除之。

塊：八點十二棱邊六面體是本方法的基本塊形狀，為了統(tǒng)一表述形式，標(biāo)記該塊形狀為BLK1，其他形狀(參考說明書附圖1)標(biāo)記為BLK2-BLK8，并視為基本塊的退化形式。

2.定義對應(yīng)和關(guān)系

建立面與面的對應(yīng)和關(guān)系是本發(fā)明實施的基本操作。

基本的對應(yīng)是四邊形面片對應(yīng)四邊形面片。退化面片形狀如三角形、兩邊形、曲線、點應(yīng)用于對應(yīng)時，看作是基本對應(yīng)的退化形式。

兩個對應(yīng)面的基本關(guān)系是對應(yīng)面彼此分離。當(dāng)兩個對應(yīng)面有共享點時，可以當(dāng)作基本關(guān)系的退化形式。

3.構(gòu)造塊

科學(xué)計算區(qū)域通常是由壁面、入口邊界、出口邊界、遠場邊界等包圍的區(qū)域，一般情況下，區(qū)域內(nèi)還要引入一些輔助面，這些面被表示成四邊形、三角形面片，有時壁面還會出現(xiàn)二邊形面片。塊的構(gòu)造就是通過建立面與面的對應(yīng)和關(guān)系來實現(xiàn)的。

構(gòu)造塊的工作由手工完成，屬于宏觀操作。其實現(xiàn)并不困難，其優(yōu)點是使有經(jīng)驗的科學(xué)計算研究人員能在研究的開始階段就對網(wǎng)格進行簡單優(yōu)化。

四邊形面片是基本面，三角形面片、兩邊形面片、曲線、點作為四邊形面片的退化狀態(tài)。首先給定一個處于激活狀態(tài)的面片“激活狀態(tài)面1”，其形狀必須是四邊形、三角形或兩邊形面片；然后尋找另一個處于激活狀態(tài)的面片“激活狀態(tài)面2”與之對應(yīng)，其形狀可以是四邊形、三角形、兩邊形、曲線或點；連接對應(yīng)面上的對應(yīng)節(jié)點。塊構(gòu)造過程參考說明書附圖2。通過面片的對應(yīng)和關(guān)系構(gòu)造塊，枚舉之，最后得到八種基本塊形狀。標(biāo)記為BLK1至BLK8(參考說明書附圖1)。面-面的對應(yīng)和關(guān)系如表1。

表1面的對應(yīng)和關(guān)系列表

4.分塊的完備性

由科學(xué)計算理論可知，計算區(qū)域從物理空間到計算空間的坐標(biāo)變換是存在的，也就是說計算區(qū)域的完全結(jié)構(gòu)化分塊是存在的。本發(fā)明利用退化的塊形狀實現(xiàn)對任意復(fù)雜區(qū)域的分塊，并形成結(jié)構(gòu)化分塊。

在執(zhí)行計算區(qū)域分塊的過程中，如果有“氣泡”存在,重復(fù)本說明書3的構(gòu)造塊步驟，直至“氣泡”完全消除，從而實現(xiàn)本方法計算區(qū)域分塊的完備性。

5.檢查塊網(wǎng)格的可生成性

塊構(gòu)造完成后，并不一定任何塊都能直接生成網(wǎng)格，也就是說塊網(wǎng)格生成是不完備的。如果出現(xiàn)不能生成網(wǎng)格的矛盾塊，則重構(gòu)該塊的某一邊界面或更細劃分該塊，更改連鎖的一系列幾何元素，最終使矛盾塊變?yōu)榭缮删W(wǎng)格的相容塊。

6.塊網(wǎng)格生成

利用代數(shù)方法給出塊內(nèi)點網(wǎng)格初值，從Laplace方程出發(fā)，引入由物理平面至計算平面的坐標(biāo)變換，導(dǎo)出拋物化橢圓型方程，數(shù)值求解該方程即得到塊內(nèi)點網(wǎng)格。

網(wǎng)格生成結(jié)果得到BLK1、BLK2、BLK3、BLK6、BLK7幾何形狀的單元為本文的基本單元。BLK1、BLK3、BLK6、BLK7分別是六面體、三棱柱、寶塔型、四面體。BLK2幾何形狀的單元是本文新定義的網(wǎng)格單元，本發(fā)明定義這類單元為十一棱體單元。

以上所述僅為本發(fā)明的實施方法，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效方法或等效幾何形狀，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。

本方法具有簡單高效、高度自動化、粘性無關(guān)，能對任意復(fù)雜外形和復(fù)雜流動狀態(tài)的計算區(qū)域進行網(wǎng)格生成等特點。