适用于大坡度地形数值分析结构化网格加密方法及装置与流程

本技术涉及计算流体力学(cfd)领域，尤其涉及一种适用于大坡度地形数值分析结构化网格加密方法及装置。

背景技术：

1、近年来，由于计算机技术的普及和应用，计算流体力学(cfd)得到快速的发展，cfd是基于离散化的数值计算方法，对流体相对于不同固体边界的内外流场进行数值模拟，分析并预测流体流动、传质、化学反应等相关物理现象的学科，能够对复杂流场进行数值模拟，为模型数据提供有价值的数据，完成相关结构优化，节省了大量的时间和人力、物力。

2、cfd计算的第一步是网格划分，即对空间上连续的计算域进行划分，把它划分成多个子区域，并确定每个子区域中的节点，在远离边界和流-固交界面时，流动比较缓慢，粗网格可以满足精度要求，可在流场的大部分区域应用。但由于工程中遇到的流动大多发生在复杂区域，如一些坡度变化较大的地面，特别是在空间和时间梯度较大，以及一些突角、边缘处，使用粗网格进行模拟则精度不准确，影响建模质量，故需要在这些区域进行网格加密。

3、结构化网格是指网格区域内所有的内部点都具有相同的毗邻单元。结构化网格分为很多种，在网格生成技术中，最古老、最基本和概念上最简单的网格即直角坐标系的矩形网格。在结构化网格中，容易实现区域的边界拟合，适用于流体和表面应力集中等方面的计算，具有生成速度快、质量好，数据结构简单，与接近实际模型等优点。

4、在现有研究中，对于复杂区域，基于结构化网格的加密技术研究较少，为了完善结构化网格生成技术，有必要提供一种适用于复杂地形的网格加密方法及装置。

技术实现思路

1、本技术的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。

2、为此，本技术的第一个目的在于提出一种适用于大坡度地形数值分析结构化网格加密方法，提升对复杂流场数值模拟的精度，精准地还原真实地形的细节，并提升计算效率。

3、本技术的第二个目的在于提出一种适用于大坡度地形数值分析结构化网格加密装置，通过该装置更精准地实现对复杂流场的数值模拟。

4、为了实现上述目的一，本技术的第一方面提出了一种适用于大坡度地形数值分析结构化网格加密方法，该方法包括：

5、将计算域划分为多个尺寸相等的第一矩形区块，第一矩形区块的边长为x；

6、确定计算域中的加密区、过渡区和粗网格区；

7、将属于加密区的第一矩形区块划分为多个尺寸相等的第二矩形区块，第二矩形区块的边长为y，其中，y＝x/n，n为大于1的正整数；

8、将属于过渡区的第一矩形区块划分为多个不规则的多边形，其中，多边形中与加密区贴合的边的边长为y，远离加密区的边的边长为x；

9、将属于粗网格区的第一矩形区块作为无需加密区域。

10、可选的，确定计算域中的加密区、过渡区和粗网格区，包括：

11、获取计算域中每个第一矩形区块的坡度信息；

12、将坡度信息与预设坡度值进行比较；

13、当坡度信息大于预设坡度值时，确定对应的第一矩形区块属于加密区；

14、将不属于加密区但与加密区相邻的第一矩形区块作为过渡区；

15、将与加密区不相邻的第一矩形区块作为粗网格区。

16、可选的，当加密区为矩形时，将属于过渡区的第一矩形区块划分为多个不规则的多边形，包括：

17、将与加密区贴合的边三等分，确定两个边点；

18、由两个边点，分别沿远离加密区的方向延伸至内点，边点与内点的距离为x/2；

19、将两个内点分别与对应的第一矩形区块的角点相连，以将对应的第一矩形区块划分为多个四边形。

20、可选的，当加密区为不规则形状时，将属于过渡区的第一矩形区块划分为多个不规则的多边形，包括：

21、确定过渡区的第一矩形区块与加密区相邻的边的数量；

22、当过渡区的第一矩形区块与加密区相邻的边的数量等于1时，采用加密区为矩形时对过渡区的第一矩形区块划分的方法进行划分。

23、可选的，当加密区为不规则形状时，将属于过渡区的第一矩形区块划分为多个不规则的多边形的方法，还包括：

24、当过渡区的第一矩形区块与加密区相邻的边的数量大于1时，将与加密区贴合的两条边三等分，确定四个边点；

25、由四个边点，分别沿远离加密区的方向延伸，形成三个内点；

26、将三个内点分别与对应的第一矩形区块的三个角点相连，以将对应的第一矩形区块划分为多个多边形。

27、基于上述技术方案，适用于大坡度地形数值分析结构化网格加密方法至少具有如下有益效果：

28、本发明提出的适用于大坡度地形数值分析结构化网格加密方法，通过在cfd数值模拟中进行结构化网格加密，显著提高计算域网格划分质量，有效提升数值模拟的精确度和计算效率，补齐复杂地形下结构化网格加密方法的短板，对cfd建模优化设计具有重要意义。

29、为实现本技术的第二个目的，本技术的另一方面提出了一种适用于大坡度地形数值分析结构化网格加密装置，该装置包括：

30、第一划分模块，用于将计算域划分为多个尺寸相等的第一矩形区块，第一矩形区块的边长为x；

31、确定模块，用于确定计算域中的加密区、过渡区和粗网格区；

32、第二划分模块，用于将属于加密区的第一矩形区块划分为多个尺寸相等的第二矩形区块，第二矩形区块的边长为y，其中，y＝x/n，n为大于1的正整数；

33、第三划分模块，用于将属于过渡区的第一矩形区块划分为多个不规则的多边形，其中，多边形中与加密区贴合的边的边长为y，远离加密区的边的边长为x；

34、处理模块，用于将属于粗网格区的第一矩形区块作为无需加密区域。

35、可选的，确定模块，用于：

36、获取计算域中每个第一矩形区块的坡度信息；

37、将坡度信息与预设坡度值进行比较；

38、当坡度信息大于预设坡度值时，确定对应的第一矩形区块属于加密区；

39、将不属于加密区但与加密区相邻的第一矩形区块作为过渡区；

40、将与加密区不相邻的第一矩形区块作为粗网格区。

41、可选的，当加密区为矩形时，第三划分模块，用于：

42、将与加密区贴合的边三等分，确定两个边点；

43、由两个边点，分别沿远离加密区的方向延伸至内点，边点与内点的距离为x/2；

44、将两个内点分别与对应的第一矩形区块的角点相连，以将对应的第一矩形区块划分为多个四边形。

45、可选的，当加密区为不规则形状时，第三划分模块，用于：

46、确定过渡区的第一矩形区块与加密区相邻的边的数量；

47、当过渡区的第一矩形区块与加密区相邻的边的数量等于1时，采用以下方法对所述过渡区(2)的第一矩形区块进行划分：

48、将与所述加密区(1)贴合的边三等分，确定两个边点；

49、由所述的两个边点，分别沿远离所述加密区(1)的方向延伸至内点，边点与内点的距离为x/2；

50、将所述的两个内点分别与对应的第一矩形区块的角点相连，以将对应的第一矩形区块划分为多个四边形。

51、可选的，第三划分模块，还用于：

52、当过渡区的第一矩形区块与加密区相邻的边的数量大于1时，将与加密区贴合的两条边三等分，确定四个边点；

53、由四个边点，分别沿远离加密区的方向延伸，形成三个内点；

54、将三个内点分别与对应的第一矩形区块的三个角点相连，以将对应的第一矩形区块划分为多个多边形。

55、基于上述技术方案，适用于大坡度地形数值分析结构化网格加密装置至少具有如下有益效果：

56、本发明提出的适用于大坡度地形数值分析结构化网格加密装置，通过在cfd数值模拟中进行结构化网格加密，显著提高计算域网格划分质量，有效提升数值模拟的精确度和计算效率。