空间推进求解中的复杂多区网格的处理方法

摘要

本发明公开了一种空间推进求解中的多区网格自动处理方法，其包括：网格拓扑关系带权有向图化、流向网格编号全局化、最短路径搜索算法和基于I向网格全局编号的剖分方式。本发明针对PNS等空间推进程序复杂多区结构网格计算问题，不需手动修改边界信息，可自动生成空间推进程序必需的流向网格分段信息，保证空间推进程序高效求解复杂外形流动，提高空间推进程序的易用性。

说明书

技术领域

本发明涉及PNS等空间推进程序复杂多区网格自动处理。

背景技术

PNS或Euler方程空间推进程序可用于高效快速获得超声速飞行器气动 性能，是一种理想的飞行器设计初期快速气动性能评估工具。尽管该类工具 计算效率较高，但对复杂多块网格适应性较差，使用过程中往往要求对所生 成的网格信息进行二次加工，计算准备工作繁琐，极大地抑制了工程人员的 使用热情。

如图1所示流向分块网格，空间推进程序计算时需要分两段进行，首先 计算块1流场，计算完毕后将块1终止截面流动参数传给块2初始截面作为 初场信息，逐层向后推进计算，获得块2流场。为了完成整个流动计算，必 须提供给空间推进程序必需的信息，这些信息包括：计算分段包括的网格块、 分段范围、分段初场信息如何获得等。对于简单网格可手工生成这些信息， 如果网格十分复杂，则手工生成必要信息会十分繁琐，且容易出错，每次网 格数量或拓扑关系改变时都要重新计算相关信息，严重影响了空间推进程序 的应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种空间推进求解中的多区网格自动 处理方法，其包括：将网格拓扑关系转化为带权有向图，所述带权有向图以 邻接矩阵表示；根据获得的I向网格总数，对尾部任一网格块进行I向网格 全局编号；通过I向对接关系对已完成I向网格全局编号的尾部任一网格块 的上游直到头部网格块进行I向网格全局编号；通过最短路径搜索算法搜索 未进行I向网格全局编号的网格块到已进行全局编号的网格块的最短路径， 沿所述最短路径逐一对所述最短路径上的网格块进行I向网格全局编号；采 用排序算法对各网格块的全局编号进行排序，并进行I向网格剖分以生成分 段信息。

根据如上所述的多区网格自动处理方法中，优选，在将网格拓扑关系转 化为带权有向图之前，所述多区网格自动处理方法还包括：通过读取CGNS 或Gridgen边界格式获取网格拓扑关系。

根据如上所述的多区网格自动处理方法中，优选，采用递归方法获得I 向网格总数。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

针对空间推进程序复杂多区网格分段问题，本方法能够从Gridgen原生 边界格式或CGNS格式中读取网格拓扑信息，将其转化为带权有向图表示， 采用最短路径算法对网格I向编号进行全局统一编号，在此基础上完成网格 流向自动剖分，生成流向分段信息供空间推进程序使用，从而不需手工对网 格信息进行二次处理，避免了人为出错的可能性，避免了繁琐的手工操作， 提高了空间推进程序的易用性；以带权有向图表示网格拓扑关系，便于采用 成熟的最短路径搜索算法寻找最短路径；I向对接关系以较小权值表示，获 得的最短路径倾向于I向对接，极大简化后续的全局编号操作；适应任意复 杂网格。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种流向分段推进求解示意图；

图2为本发明实施例提供的一种多区网格拓扑关系带权有向图示意图；

图3为本发明实施例提供的一种空间推进求解中的多区网格自动处理方 法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种网格块分段示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

本发明实施例提供了一种空间推进求解中的多区网格自动处理方法，参 见图1-4，其包括如下步骤：

步骤101，通过读取CGNS或Gridgen边界格式获取网格拓扑关系；

步骤102，将网格拓扑关系转化为带权有向图，带权有向图以邻接矩阵 表示；

具体地，首先将多区对接网格的拓扑关系转化为带权有向图。如图2所 示，带权有向图以邻接矩阵表示，该矩阵元素(i，j)表示块i指向块j的连接 关系，若两块通过I向连接，则认为连接是单向的，由下游块指向上游块并 赋以较小权值，若两块通过J向或K向连接，则认为连接是双向的并赋以较 大权值，若两块之间没有对接关系，则以无穷大权值表示。在图2中，较小 权值以数字1表示，较大权值以数字100表示，在其他的实施中，只需满足 较小权值的数值小于较大权值的数值即可。需要说明的是：I，J，K为结构 网格的三个方向，对接关系是CFD计算中多块网格之间的一种边界条件类 型。由于本发明实施例主要处理对接关系，因此假定附图中网格块之间只要 共边就认为存在对接关系。

步骤103，根据获得的I向网格总数，对尾部任一网格块进行I向网格全 局编号；

具体地，对全部网格采用递归算法获得I向网格总数，在图1中，I向网 格总数为64。由于每个网格都有自己的索引，比如I向有20个网格点，那 么I向索引就从1到20。I向全局编号指的是从最上游开始依次向后递增编 号。以块2为例，块1的I向共有20个点，那么块2原来本地编号为1的点 就成为全局编号为20的点，块2原来本地I向编号为45的点就成为64。网 格块的最小和最大I向全局编号的形式分别为Imin，Imax。如图1的块2， 其I向网格全局编号为Imin＝20，Imax＝64。

步骤104，通过I向对接关系对已完成I向网格全局编号的尾部任一网格 块的上游直到头部网格块进行I向网格全局编号；

具体地，在对尾部任一网格块进行I向网格全局编号后，如图2中的网 格块6，对其I向网格进行全局编号，且通过I向连接对其上游直到头部的网 格块进行全局编号，块6的上游直到头部的块只有块5。由于流体流动是有 方向的，从哪儿流过来称为上游，头部块(或头部网格快)即最上游的块， 尾部块(或尾部网格块)即最下游的块。

步骤105，通过最短路径搜索算法搜索未进行I向网格全局编号的网格 块到已进行全局编号的网格块的最短路径，沿最短路径逐一对最短路径上的 网格块进行I向网格全局编号；

具体地，对未进行I向网格统一编号的块，采用最短路径算法，通过带 权有向图，寻找该块到已进行全局编号块的最短路径，沿此路径逐一对该路 径上的块进行I向网格全局编号。以图2为例，假定块6为找到的尾部块并 进行全局编号，由步骤104块5也已完成全局编号，现拟对块1进行全局编 号，则采用最短路径搜索算法可找到一条最短路径1-＞5，由块5和块1间的 对接信息可对块1进行全局编号，可见随着已进行全局编号的块越来越多， 则最短路径查找会越来越快。

步骤106，采用排序算法对各网格块的全局编号进行排序，并进行I向 网格剖分以生成分段信息。

具体地，获得所有网格块全局编号后，采用排序算法将各块Imax全局 编号由小到大进行排序，形成排序列表。从该列表中依次取值，记所取值为 Isect，则任一块只要满足Imin＜Isect≤Imax，则该块划入当前段中。若 Isect＜Imax，则当前块需进行切割，并被划分到前后两个不同的段中；若 Isect＝Imax，则当前块不需要切割。最后，将分段信息按所需格式输出到文 件中供空间推进程序使用。如图4所示，图中有4个网格块，需要分成三个 段，段1是Block 1和Block3连接，段2是Block2和Block 3连接，段3是 Block2和Block4连接。对于块3来说，如果不切割将横跨两个段：段1和 段2。分段信息根据具体的需要(来自程序的需要)而不同，但至少包括： 各段的I向范围，每个段包含的网格块列表，以及分段处的边界类型(是同 一网格块内部的切割还是与下游的网格块相连)。每个分段首尾都有一个I 向全局编号，分别记为Isect_min和Isect_max，若一个段的Isect_max＝Isect， 则该段为当前段。

即：本发明实施例首先将网格拓扑关系以带权有向图表示，I向对接关 系以较小权值表示，横向(J向、K向)对接关系以较大权值表示；然后获 得I向网格总数并找到任一尾部网格块，对其进行I向网格统一编号；采用 最短路径搜索算法，对未进行全局编号的块进行I向网格全局编号；基于各 块网格I向全局编号进行网格剖分，生成分段信息。

综上所述，本发明实施例的有益效果如下：

针对空间推进程序复杂多区网格分段问题，本方法能够从Gridgen原生 边界格式或CGNS格式中读取网格拓扑信息，将其转化为带权有向图表示， 采用最短路径算法对网格I向编号进行全局统一编号，在此基础上完成网格 流向自动剖分，生成流向分段信息供空间推进程序使用，从而不需手工对网 格信息进行二次处理，避免了人为出错的可能性，避免了繁琐的手工操作， 提高了空间推进程序的易用性；以带权有向图表示网格拓扑关系，便于采用 成熟的最短路径搜索算法寻找最短路径；I向对接关系以较小权值表示，获 得的最短路径倾向于I向对接，极大简化后续的全局编号操作；适应任意复 杂网格。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。