计算流体力学前处理阶段网格生成技术的几种方法介绍

简介：
本文介绍了在计算流体力学前处理阶段中常用的几种网格生成技术，旨在为相关领域的研究者提供参考与借鉴。 网格生成技术是计算流体力学（CFD）中的关键步骤之一，其目的是将不规则的物理区域离散化为适合计算的规则网格。这一过程本质上是一种坐标变换，它能够把复杂的几何形状转化为可进行数学运算的形式。由于在CFD中大约60%的人力时间被用于此阶段，并且直接影响到最终结果的准确性，因此这项技术的重要性不容忽视。 自1967年Winslow利用调和函数解决网格生成问题以来，该领域经历了持续的发展。到了1974年，Thompson首次实现了绕任意二维物体贴体计算网格的设计。从那以后，每两年或三年举行一次的国际CFD网格生成会议见证了这一领域的进步与重视程度。在复杂流动模拟中，大约80%的时间被用于进行网格设计工作。 应用方面，在化工行业中广泛使用了该技术以处理各种设备如搅拌釜、填充床、鼓泡塔和静态混合器等的设计问题。例如，SMV型静态混合器展示了结构化网格的应用效果；而Kenics静态混合器则体现了非结构化网格的灵活性。其中，结构化的节点排列有序且相邻关系固定，在简单的笛卡尔坐标系中应用广泛，并可以用于生成适应不规则边界的阶梯形网格，尽管这可能会引入数值上的不稳定因素。 贴体坐标法则在流场模拟中的使用确保了物理区域与计算区域之间的一一对应性以及网格线的正交性，从而提高了计算精度。非结构化网格则更为灵活，在处理复杂几何形状时表现出色。它们包括三角形法和非结构化的直角坐标系等方法。 保角变换法则在二维问题中表现良好且具有优良的网格局部光滑度特点；然而它仅适用于二维情况。代数方法如边界规范化、双边界、多面体及无限插值技术，通过不同的数学手段转化不规则边界的网格设计提供了多种选择方案。特别是无限插值法以其独特的无限制点数特性，在实现对边界正交性精细控制方面表现出色。 总之，随着计算机技术和算法的进步，网格生成技术将持续改进，并为更精确高效的流体力学计算提供支持。