面向动边界流场计算的并行非结构网格重构方法

发布时间：2017-06-02 16:02

  本文关键词：面向动边界流场计算的并行非结构网格重构方法，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：基础研究和工程设计中存在许多带运动边界的流场计算问题,非结构动网格方法是解决这类问题的有效途径之一：边界移动或变形比较小时,通过移动网格点位置优化单元的几何质量；边界移动或变形比较大,无法利用移动网格技术获得满足计算需要的高质量网格时,删除差单元及其邻接单元形成局部“空洞”,并重新网格化局部“空洞”。由于流场计算和移动网格方法已实现高效并行,串行的局部网格重构算法已成为开展大规模可动边界流场计算的主要性能瓶颈。已有的并行局部网格重构方法为保证重构后网格的质量,要求每个连通的“空洞”的局部重构过程必须在单个进程上执行。由于实际的局部网格重构过程会形成很大的“空洞”,上述要求限制了并行局部网格重构方法的效率和可扩展性。为此,本文提出了一类新的并行局部网格重构方法,它通过一系列建立在网格对偶图上的操作,使得大的“空洞”即使分布到多个进程,“子洞”边界也不会包含不理想的形状特征(如边界面片的最小角很小,边界面形成的二面角很小)。因此,后续可并行局部重构每个“子洞”网格,组合形成的新网格质量能满足后续计算的要求。由此,单个“大空洞”的局部重构过程可以利用多个进程并行执行,整个并行局部网格重构算法效率有很大的提高。局部网格重构后需要进行流场重建,即利用定义在旧网格上的流场物理量插值生成新网格上的物理量。流程重建中最耗时的步骤是点的定位：给定一个新网格点,寻找包含该点的旧网格单元。为加速点的定位算法,通常需要借助四／八叉树等空间分解结构。本文提出一类无需这类空间分解结构的快速点定位新算法,它基于Walk-Through技术,平均仅需遍历几个旧网格单元就可定位一个新网格点。相比传统的基于空间分解结构的定位算法,新算法内存更省,时间效率也更理想。
【关键词】：网格生成 并行计算 动边界 区域分解 网格重构
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP393.02
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-15
• 第1章 绪论15-23
• 1.1 研究背景15
• 1.2 动边界流场计算的主要网格类型15-18
• 1.3 非结构动网格技术18
• 1.4 局部网格重构并行化18-20
• 1.5 研究思路及创新点20-21
• 1.6 文章结构21-23
• 第2章 基于非结构网格的动边界CFD计算软件23-34
• 2.1 引言23
• 2.2 软件框架23-24
• 2.3 软件关键算法24-29
• 2.3.1 刚体运动求解24-25
• 2.3.2 流场计算25-26
• 2.3.3 网格变形26-27
• 2.3.4 网格局部重构27-28
• 2.3.5 网格重生成28-29
• 2.3.6 流场信息传递29
• 2.4 数值实验：机翼/挂载/弹分离算例29-32
• 2.4.1 算例模型简介29-30
• 2.4.2 数值实验结果及分析30-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第3章 并行非结构网格重构方法34-61
• 3.1 引言34
• 3.2 并行网格重构算法34-41
• 3.2.1 区域分解方法的基本定义34-37
• 3.2.2 区域分解方法37-38
• 3.2.3 SDG的点删除操作38-39
• 3.2.4 EDG的边缩减操作39-40
• 3.2.5 并行局部网格重构流程40-41
• 3.3 基于消息传递接口的算法实现41-50
• 3.3.1 数据结构简介41-42
• 3.3.2 网格重划分42-44
• 3.3.3 重构区域构建44-45
• 3.3.4 网格重生成及网格数据合并45-47
• 3.3.5 基于ParMetis的网格重划分47-49
• 3.3.6 块间信息交互49-50
• 3.4 数值实验50-60
• 3.4.1 TER算例50-57
• 3.4.2 SRB分离算例57-60
• 3.5 本章小结60-61
• 第4章 基于Walk-Through技术的快速点定位算法61-70
• 4.1 引言61-62
• 4.1.1 体积判别法61-62
• 4.2 基于八叉树的点定位算法62-64
• 4.2.1 八叉树构建算法63
• 4.2.2 子节点内网格单元判定63-64
• 4.2.3 基于八叉树的点定位算法64
• 4.3 基于改进Walk-Through算法的点定位算法64-68
• 4.3.1 定向查找算法简介64-65
• 4.3.2 改进算法65-68
• 4.4 数值实验68-69
• 4.5 本章小结69-70
• 第5章 总结及展望70-71
• 5.1 研究总结70
• 5.2 未来展望70-71
• 参考文献71-77
• 作者简历及在学期间所取得的科研成果77

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