关键词:
格子Boltzmann方法
快速网格生成
多层网格
数据结构
摘要:
基于笛卡儿网格的格子Boltzmann方法具有降低计算复杂度,易于自适应和处理复杂边界条件等优势,然而非贴体的特性导致在计算复杂几何或复杂流动时通常需要过大的网格量.为了缓解这个问题,对复杂几何进行局部的网格加密是一个有效的手段.其中,实现局部网格加密的关键在于快速网格生成和不同尺度网格之间的映射关系.本文通过设计新的数据结构和基于射线交点算法,提出了一种新的快速网格生成算法,并将其应用在两种基本单元下的多层网格格子Boltzmann方法中,从而进一步发展高效的网格生成技术.考虑射线法的算法特性,经预处理后的射线,通过新的数据结构可大幅度减少需要检索的物面单元数量.对于两种基本单元下的几何自适应多层网格,格心格式通过叉树结构构建不同层之间的网格映射关系,格点格式通过背景网格重叠确定映射关系.在两种格式的网格结果中,格心格式的多层网格受加密次数的影响相对较小,在加密9次的千万网格点量级下达到约589万个/s网格点的生成效率.格点格式受加密次数的影响较大,但在千万量级下仍达到约66万个/s网格点的生成效率,比目前已有方法提高了约40倍的效率.最后通过二维圆柱绕流、三维圆球绕流和三维潜艇的绕流求解验证了网格算法的准确性.