专利名称：一种验证离心泵网格质量与计算精度关系的方法
技术领域：
本发明属于离心泵及计算机辅助设计(Computer Aided Design, CAD)制造领域，具体涉及一种验证离心泵CFD计算中网格质量与计算精度关系的方法，主要用于指导离心泵CFD数值计算。
背景技术：
随着计算机技术以及计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)的飞速发展，CFD数值计算以其灵活性强、周期短、成本低、可预测性强以及可视化程度高等多 方面的优势，为研究者提供了一个有效的研究手段，并逐渐成为研究流体机械内部流动问题的主要手段之一。CFD计算越来越多地被泵行业所使用，一方面可以节省试验资源，另一 方面它可以揭示不能从试验中获得的流动特性细节。而网格生成技术是进行离心泵内部流动CFD数值模拟的前提与关键，直接影响着CFD数值计算的收敛性，决定着数值计算结果最终的精度和计算过程的效率。网格生成过程均涉及对网格质量的评判，网格质量衡量准则是度量网格质量的标准。目前，在计算几何和计算科学等领域，所提及的“高质量”四面体单元都是主观的，并没有一个明确的定义，都是将与规则形状偏离较大的单元认为是“劣质”单元，而将接近于规则形状的单元认为是“高质量”单元。为了区分这些所谓的“劣质”单元和“高质量”单元，众多学者从不同角度提出了多种衡量准则来评估网格质量。但网格质量的提高是否意味着数值计算精度也一定随之提高，它们之间的联系又是怎样的，这些都需要进一步研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种验证离心泵网格质量与计算精度关系的方法，并能够验证所提出网格质量衡量准则是否有效。本发明采用如下技术方案通过对离心泵进行外特性试验，获得离心泵的扬程、效率数据，接着进行离心泵模型的网格划分生成多套网格，通过CFD数值计算得到离心泵的外特性数据，并将这些数据与试验值进行对比。同时，比较相邻2套网格中各单元的速度值，进而得到相应的误差值，当所有单元的平均相对误差小于规定值e =2f0时，且该套网格计算得到的外特性数据与试验值小于3%时，即认为该套网格得到的计算解为该问题的网格无关解。接着计算其他不完善网格相对于无关解的网格之间的误差，并将其与网格质量衡量准则联系起来，最终获得网格质量与计算精度之间的关系。获得网格无关解的步骤如下
(I)生成试验泵模型的四面体网格，定义为第A套网格，将该套网格进行CFD数值计算并记录网格中各节点的速度值，定义为第A套网格数值解。(2)按照I. 2比值增加网格单元数，定义为第左+1套网格，将该套网格进行CFD数值计算并记录网格中各节点的速度值，定义为第左+1套网格数值解。(3)采用三维线性插值算法将左+1套网格数值解映射到A套网格数值解中，获得第k+l套网格在第々套网格中相应的数值解。(4)通过下面公式计算第左+1套网格数值解与第A套网格数值解的速度相对误差
权利要求
1.一种验证离心泵网格质量与计算精度关系的方法，其特征在于，具体步骤为 (A)通过对离心泵进行外特性试验，获得离心泵的扬程、效率数据； (B)生成试验泵模型的四面体网格，定义为第A套网格，将该套网格进行CFD数值计算并记录网格中各节点的速度值，定义为第A套网格数值解； (C)按照I.2比值增加网格单元数，定义为第左+1套网格，将该套网格进行CFD数值计算并记录网格中各节点的速度值，定义为第左+1套网格数值解； (D)采用三维线性插值算法将左+1套网格数值解映射到A套网格数值解中，获得第左+1套网格在第A套网格中相应的数值解； (E)通过下面公式计算第A+1套网格数值解与第A套网格数值解的速度相对误差
2.根据权利要求I所述的一种验证离心泵网格质量与计算精度关系的方法，其特征在于，所述步骤D将左+1套网格的数值解映射到A套数值解中，获得第左+1套网格在第A套网格中相应数值解，具体过程如下 (a)将々套网格中的所有节点的坐标存储到O1中； (b)将套网格中的所有节点的坐标和第A+1套网格数值解中各节点的速度值存储到O2中； (c)依次读取O1中的节点八并以该节点为球心，7 为半径，找出O2中所有位于该球内的节点，如果O2中存在于P点重合的节点，则将其速度值存储到Q中，并接着执行步骤(7)； (d)判断位于球内节点的个数，如果小于给定值见则继续增加区间，即将球的半径7 按照比值I. 05倍进行增加，直到位于球内的节点数大于#为止； Ce)如果位于球内的节点数大于见那么只取离节点产最近的#个节点； (f)采用三维线性插值算法计算出节点产在&1套网格相同位置的速度值，并将其存储到O中； (g)重复(3)到(6)，直到O1中没有节点为止；其中7 和#为预先给定值，从模型尺寸以及计算精度考虑，本文推荐取TtM). 015m，#=20。
全文摘要
本发明公开了一种确定网格质量与计算精度之间关系的方法，设计离心泵及计算机辅助设计制造领域，本发明可以准确地验证所提出网格质量衡量准则的有效性，即网格质量越高，其计算精度越高。该方法通过多套不完善网格CFD计算外特性与试验值对比，并比较相邻两套网格所有单元的速度误差值，从而确定问题的网格无关解，并在此基础上，确定其他多套网格与网格无关解之间的各个单元的质量及误差，进而准确地获得网格质量与计算精度之间的关系。
文档编号G06F17/50GK102750414SQ20121020853
公开日2012年10月24日 申请日期2012年6月25日 优先权日2012年6月25日
发明者代翠, 刘厚林, 王凯, 王勇, 董亮, 谈明高 申请人:江苏大学