一种飞行器湍流绕流模拟的壁面距有效单元计算方法与流程

技术特征：
1.一种飞行器湍流绕流模拟的壁面距有效单元计算方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：读入并存储计算网格单元格点坐标与边界条件；s2：壁面单元预处理；s2
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1：收集壁面单元；s2
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2：确定壁面单元外接长方体的个数：根据计算网格壁面单元数，确定循环盒子法中使用的壁面单元外接长方体个数，壁面单元外接长方体是指包含其内壁面单元的最小长方体；s2
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3：根据所有壁面单元建立初始外接长方体，外接长方体所需记录的信息包括：外接长方体的笛卡尔坐标范围、所含壁面单元数量、所含壁面单元编号；s2
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4：二分壁面点最多的外接长方体；将包含最多壁面单元的外接长方体沿其最长边二等分为两个外接长方体，并更新这两个外接长方体所需记录的信息，重复步骤s2
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4，直至外接长方体的总数达到步骤s2
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3确定的个数；s3：计算壁面距；s4：输出结果。2.根据权利要求1所述的一种飞行器湍流绕流模拟的壁面距有效单元计算方法，其特征在于，所述步骤s2
‑
1包括以下步骤：s2
‑1‑
1：根据步骤s1读入的边界条件，确定计算网格单元中的壁面单元；s2
‑1‑
2：为壁面单元和壁面点编号，确保壁面单元编号与其一尚未编号的顶点使用同一编号以便搜索；s2
‑1‑
3：分别按壁面点编号存储壁面点坐标、按壁面单元编号存储壁面单元与其顶点的对应关系、按壁面单元编号存储其相邻单元的编号；s2
‑1‑
4：遍历壁面单元，计算并存储各壁面单元的单位法向。3.根据权利要求1或2所述的一种飞行器湍流绕流模拟的壁面距有效单元计算方法，其特征在于，所述步骤s3包括以下步骤：s3
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1：壁面距归零：分配所有计算网格单元存储壁面距的空间，并将其初值赋为0；遍历所有计算网格单元，对任一单元执行步骤s3
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2；s3
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2：确定壁面距计算方式；若计算网格单元紧邻单元的壁面距均小于设定阈值，则精确计算壁面距，继续步骤s3
‑
3；若计算网格单元紧邻单元的壁面距大于设定的阈值，当计算网格单元位于其紧邻单元的壁面距减小方向时，则精确计算壁面距，继续步骤s3
‑
3；当计算网格单元位于其紧邻单元的壁面距增大方向时，则粗略估计壁面距，跳转至步骤s3
‑
5；s3
‑
3：搜索距离最近的2个外接长方体；令x
i,c
为计算网格单元的格心坐标，x
i,min
、x
i,max
分别表示外接长方体在x
i
方向的最小值和最大值，则计算网格单元到外接长方体的距离d0为：
（1）遍历所有外接长方体，根据式（1）筛选出距离最小的2个外接长方体，并对这2个外接长方体执行步骤s3
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4；s3
‑
4：精确计算壁面距；s3
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5：根据梯度估计壁面距：利用单侧差分计算已赋值紧邻单元处的壁面距梯度，根据该梯度、当前网格单元及其紧邻单元的坐标信息，估计当前网格单元的壁面距。4.根据权利要求3所述的一种飞行器湍流绕流模拟的壁面距有效单元计算方法，其特征在于，所述步骤s3
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4包括以下步骤：依据计算网格单元与外接长方体的位置信息，分为两种情况：当计算网格单元所有格点均位于外接长方体内时，执行步骤s3
‑4‑
1；当计算网格单元存在不位于外接长方体内的格点时，执行步骤s3
‑4‑
2；s3
‑4‑
1：遍历外接长方体内所有壁面单元，逐一计算当前网格单元格点到壁面单元的距离，并存储其中的最小值；s3
‑4‑
2：基于矢量法跳跃式访问外接长方体内壁面单元，在外接长方体内任选一壁面单元，计算并存储当前网格单元到其的距离；计算壁面单元面心指向当前网格单元格心的向量在该壁面单元上的投影方向，该投影方向所指紧邻壁面单元即为下一个计算的壁面单元；跳跃式访问当前外接长方体内壁面单元，直至投影方向指向当前外接长方体的边界。

技术总结
本发明公开了一种飞行器湍流绕流模拟的壁面距有效单元计算方法，包括：读入并存储计算网格单元格点坐标与边界条件；壁面单元预处理；计算壁面距；输出结果。通过本发明的技术方案，可显著提升飞行器大规模动网格湍流模拟中壁面距的计算效率，从而实现飞行器非定常气动特性预测的加速；对于复杂外形具有更好的适用性，结果均基于几何解析关系计算，不引入数值误差；采用了更为高效合理的编码方式存储壁面单元，并从待计算网格单元和待搜索壁面单元两方面定义了有效单元，从而显著降低了总计算量。量。量。


技术研发人员：蒋崇文 胡姝瑶 高振勋 许晨豪 李椿萱
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2021.10.09
技术公布日：2021/11/5