一种可实现重叠区快速优化的并行嵌套网格方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可实现重叠区快速优化的并行嵌套网格方法及装置。该方法包括：标记一组部件的嵌套网格的初始插值边界，所述一组部件包括至少一个运动部件和至少一个静止部件；所述嵌套网格表征各个部件的流场信息；将初始插值边界推离各个部件的边缘，得到位于所述相邻部件的中间区域插值边界，使得所述嵌套网格的重叠区域达到最小；确定所述插值边界在所述相邻部件的网格中的插值关系，所述插值关系表示在所述相邻部件中A部件的插值边界点在所述相邻部件中B部件的网格中的相对位置；根据插值关系，将所述B部件的网格中的流场信息传递给所述A部件的插值边界点。该方法解决了模型部件存在相对运动的非定常流场数值模拟问题。

A Parallel Nested Mesh Method and Device for Fast Optimization of Overlapping Zones

【技术实现步骤摘要】
一种可实现重叠区快速优化的并行嵌套网格方法及装置
本专利技术属于计算流体力学(ComputationalFluidDynamics，CFD)数值模拟领域，涉及一种可实现重叠区快速优化的并行嵌套网格方法及装置。
技术介绍
部件之间相对运动的飞行器在飞行过程中，会产生转捩分离、激波干扰等复杂非定常流动，这些复杂流动轻则影响飞行品质，重则影响飞行安全。对于诸如座舱弹射、导弹投放、螺旋桨转动等非定常流场问题，嵌套网格方法是一种有效的解决途径。嵌套网格的思路是：模型分部件独立生成网格，网格可随部件做刚体运动，不同部件网格相互重叠，以插值的形式耦合求解。嵌套网格独立性强，质量高，生成速度快，但是自动、高效地建立嵌套网格插值关系是嵌套网格方法的关键。国内外现有的嵌套网格方法中，主要存在两个不足。1.一些嵌套网格方法不作重叠区优化，插值边界位于物面附近，较大的网格尺寸差异会导致插值精度不高；即使其他嵌套网格方法中包含重叠区优化，但是在优化过程中需要对重叠区内的所有网格点寻找供体单元，而复杂的供体单元寻找算法导致重叠区优化效率较低。2.一些嵌套网格方法是单核串行运行，网格规模较大时，CFD数值模拟用时难以满足需求；即使其他嵌套网格方法是多核并行运行，但是和CFD求解器采用的两个进程组，对于求解器已有数据的继承性不足，对于无嵌套功能的求解器改造时，会涉及进程分组和较复杂的数据传输，改动量较大。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术公开了一种可实现重叠区快速优化的并行嵌套网格方法及装置，弥补了国内外现有的嵌套网格方法中的主要不足，解决了模型部件存在相对运动的非定常流场数值模拟问题。第一方面，提供一种可实现重叠区快速优化的并行嵌套网格方法，包括：标记一组部件的嵌套网格的初始插值边界，所述一组部件包括至少一个运动部件和至少一个静止部件；所述嵌套网格表征各个部件的流场信息；将初始插值边界推离各个部件的边缘，得到位于所述相邻部件的中间区域插值边界，使得所述嵌套网格的重叠区域达到最小；确定所述插值边界在所述相邻部件的网格中的插值关系，所述插值关系表示在所述相邻部件中A部件的插值边界点在所述相邻部件中B部件的网格中的相对位置；根据插值关系，将所述B部件的网格中的流场信息传递给所述A部件的插值边界点。进一步的，所述标记一组部件的嵌套网格的初始插值边界，包括：为各部件创建包围物面网格的辅助笛卡尔网格，标记包含物面网格的笛卡尔网格单元为边缘单元；判断A部件的网格是否与其他部件的辅助笛卡尔网格相交；所述A部件为一组部件中任一个部件；若是，则判断所述A部件的网格是否与其他部件的边缘单元相交；若是，判断A部件的网格线和其他部件的边缘单元包含的物面网格单元是否相交；若是，则标记A部件的网格线上的网格点为初始插值边界点。进一步的，所述将初始插值边界推离各个部件的边缘，得到位于所述相邻部件的中间区域插值边界，包括：为各部件的网格点计算壁面距离；为A部件的初始插值边界创建推进链表，并设定各链表点的洞面参考点为自身点，洞面距离为0；所述洞面为初始插值边界包围的非流场点；推进A部件的推进链表，比较每个推进链表点的壁面距离和洞面距离；若洞面距离小于壁面距离，则标记链表点为洞点，标记与其相邻的流场点标记为新插值边界点；删除所述推进链表，建立新推进链表；重复上述推进操作，直到A部件没有产生新插值点为止。进一步的，所述确定所述插值边界在所述相邻部件的网格中的插值关系，包括：标记运动部件的外边界网格点为插值边界点。判断A部件中的插值边界点是否与其他部件的网格重叠；若是，则通过线面求交算法找出插值边界点的供体单元，并计算出相应的插值系数，所述供体单元为插值边界点所在的B部件的网格单元。进一步的，所述方法通过多个进程并行实现。第二方面，提供一种可实现重叠区快速优化的并行嵌套网格装置，包括：标记模块，用于标记一组部件的嵌套网格的初始插值边界，所述一组部件包括至少一个运动部件和至少一个静止部件；所述嵌套网格表征各个部件的流场信息；推离模块，用于将初始插值边界推离各个部件的边缘，得到位于所述相邻部件的中间区域插值边界，使得所述嵌套网格的重叠区域达到最小；确定模块，用于确定所述插值边界在所述相邻部件的网格中的插值关系，所述插值关系表示在所述相邻部件中A部件的插值边界点在所述相邻部件中B部件的网格中的相对位置；传递模块，用于根据插值关系，将所述B部件的网格中的流场信息传递给所述A部件的插值边界点。进一步的，所述标记模块包括：创建单元，用于为各部件创建包围物面网格的辅助笛卡尔网格，标记包含物面网格的笛卡尔网格单元为边缘单元；判断单元，用于判断A部件的网格是否与其他部件的辅助笛卡尔网格相交；所述A部件为一组部件中任一个部件；若是，则判断所述A部件的网格是否与其他部件的边缘单元相交；若是，判断A部件的网格线和其他部件的边缘单元包含的物面网格单元是否相交；若是，则标记A部件的网格线上的网格点为初始插值边界点。进一步的，所述推离模块包括：计算单元，用于为各部件的网格点计算壁面距离；创建表单元，用于为A部件的初始插值边界创建推进链表，并设定各链表点的洞面参考点为自身点，洞面距离为0；所述洞面为初始插值边界包围的非流场点；推进比较单元，用于推进A部件的推进链表，比较每个推进链表点的壁面距离和洞面距离；标记洞点单元，用于若洞面距离小于壁面距离，则标记链表点为洞点，标记与其相邻的流场点标记为新插值边界点；删除单元，用于删除所述推进链表，建立新推进链表；重复上述推进操作，直到A部件没有产生新插值点为止。进一步的，所述确定模块包括：标定边界点单元，用于标记运动部件的外边界网格点为插值边界点；判断重叠单元，用于判断A部件中的插值边界点是否与其他部件的网格重叠；查询单元，用于若是，则通过线面求交算法找出插值边界点的供体单元，并计算出相应的插值系数，所述供体单元为插值边界点所在的B部件的网格单元。第三方面，提供一种计算机可读的存储介质，所述存储介质上存储有指令，所述指令被处理器执行时实现所述第一方面任一项所述方法的步骤。有益效果：1.能够处理任意分区的嵌套网格，无论是各进程子网格中包含单个部件还是多个部件，对网格分区的普适性较强；2.通过判断各子网格中不同部件的嵌套关系，只在相关进程中并行化执行嵌套网格方法中的各个环节，并行通信量较少；3.通过比较插值边界点的壁面距离和洞面距离参数，能够快速推进插值边界远离物面边界，流场插值精度较高；4.对于无嵌套网格功能的CFD求解器，在不改变主流程的条件下，只需添加接口函数即可具备嵌套功能，与求解器兼容性较好。附图说明图1为本专利技术方法的主要流程图；图2(a)为应用本专利技术的重叠区并行优化结果示意图；图2(b)为应用本专利技术的流场计算结果示意图；图3为应用本专利技术的投弹过程示意图。具体实施方式下面结合附图详细介绍本专利技术的实现过程。本专利技术涉及飞行器部件存在相对运动的非定常流场数值模拟问题，如座舱弹射、导弹投放、螺旋桨转动等，提供一种可实现重叠区快速优化的并行嵌套网格方法。该方法包括：获取CFD求解器的分区嵌套网格和并行通信域，并行标记嵌套网格初始插值边界；并行优化嵌套网格重叠区；并行创建嵌套网格插值关系；CFD求解器流场求解过程中并行更新流场插值边界点的流场变量。本专利技术公开了一种可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可实现重叠区快速优化的并行嵌套网格方法，其特征在于，包括：标记一组部件的嵌套网格的初始插值边界，所述一组部件包括至少一个运动部件和至少一个静止部件；所述嵌套网格表征各个部件的流场信息；将初始插值边界推离各个部件的边缘，得到位于所述相邻部件的中间区域插值边界，使得所述嵌套网格的重叠区域达到最小；确定所述插值边界在所述相邻部件的网格中的插值关系，所述插值关系表示在所述相邻部件中A部件的插值边界点在所述相邻部件中B部件的网格中的相对位置；根据插值关系，将所述B部件的网格中的流场信息传递给所述A部件的插值边界点。

【技术特征摘要】
1.一种可实现重叠区快速优化的并行嵌套网格方法，其特征在于，包括：标记一组部件的嵌套网格的初始插值边界，所述一组部件包括至少一个运动部件和至少一个静止部件；所述嵌套网格表征各个部件的流场信息；将初始插值边界推离各个部件的边缘，得到位于所述相邻部件的中间区域插值边界，使得所述嵌套网格的重叠区域达到最小；确定所述插值边界在所述相邻部件的网格中的插值关系，所述插值关系表示在所述相邻部件中A部件的插值边界点在所述相邻部件中B部件的网格中的相对位置；根据插值关系，将所述B部件的网格中的流场信息传递给所述A部件的插值边界点。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标记一组部件的嵌套网格的初始插值边界，包括：为各部件创建包围物面网格的辅助笛卡尔网格，标记包含物面网格的笛卡尔网格单元为边缘单元；判断A部件的网格是否与其他部件的辅助笛卡尔网格相交；所述A部件为一组部件中任一个部件；若是，则判断所述A部件的网格是否与其他部件的边缘单元相交；若是，判断A部件的网格线和其他部件的边缘单元包含的物面网格单元是否相交；若是，则标记A部件的网格线上的网格点为初始插值边界点。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将初始插值边界推离各个部件的边缘，得到位于所述相邻部件的中间区域插值边界，包括：为各部件的网格点计算壁面距离；为A部件的初始插值边界创建推进链表，并设定各链表点的洞面参考点为自身点，洞面距离为0；所述洞面为初始插值边界包围的非流场点；推进A部件的推进链表，比较每个推进链表点的壁面距离和洞面距离；若洞面距离小于壁面距离，则标记链表点为洞点，标记与其相邻的流场点标记为新插值边界点；删除所述推进链表，建立新推进链表；重复上述推进操作，直到A部件没有产生新插值点为止。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定所述插值边界在所述相邻部件的网格中的插值关系，包括：标记运动部件的外边界网格点为插值边界点。判断A部件中的插值边界点是否与其他部件的网格重叠；若是，则通过线面求交算法找出插值边界点的供体单元，并计算出相应的插值系数，所述供体单元为插值边界点所在的B部件的网格单元。5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述方法通过多个进程并行实现。6.一种可实现重叠区快速优化的并行嵌套网格装置，其特征在于，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：淮洋，梁益华，郝海兵，牛俊强，姚冰，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61