基于单元相交的混合网格精确守恒插值方法

徐春光 董海波 刘君

徐春光, 董海波, 刘君. 基于单元相交的混合网格精确守恒插值方法[J]. 爆炸与冲击, 2016, 36(3): 305-312. doi: 10.11883/1001-1455(2016)03-0305-08
引用本文: 徐春光, 董海波, 刘君. 基于单元相交的混合网格精确守恒插值方法[J]. 爆炸与冲击, 2016, 36(3): 305-312. doi: 10.11883/1001-1455(2016)03-0305-08
Xu Chunguang, Dong Haibo, Liu Jun. An accurate conservative interpolation method for the mixed gridbased on the intersection of grid cells[J]. Explosion And Shock Waves, 2016, 36(3): 305-312. doi: 10.11883/1001-1455(2016)03-0305-08
Citation: Xu Chunguang, Dong Haibo, Liu Jun. An accurate conservative interpolation method for the mixed gridbased on the intersection of grid cells[J]. Explosion And Shock Waves, 2016, 36(3): 305-312. doi: 10.11883/1001-1455(2016)03-0305-08

基于单元相交的混合网格精确守恒插值方法

doi: 10.11883/1001-1455(2016)03-0305-08
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11272074

辽宁省自然科学基金项目 201202033

详细信息
    作者简介:

    徐春光(1977—),男,博士, 高级工程师

    通讯作者:

    刘君, liujun65@dlut.edu.cn

  • 中图分类号: O354

An accurate conservative interpolation method for the mixed gridbased on the intersection of grid cells

  • 摘要: 基于网格切割思想,发展了二维/三维混合网格条件下的单元相交算法,可精确计算任意两个多边形/多面体的交集。在此基础上,实现了基于单元相交(CIB/DC)的精确守恒插值算法。二维和三维验证算例表明,该方法能够保证插值过程中计算域内物理量的严格守恒,且具有比常规二阶插值更高的精度。
  • 图  1  超网格示意图

    Figure  1.  Schematic of the supermesh

    图  2  二维网格切割示意图

    Figure  2.  Schematic of the two-dimensional grid cutting

    图  3  直线切割平面凸多边形

    Figure  3.  Schematic of a straight line cuttingplane convex polygon

    图  4  三维网格分解示意图

    Figure  4.  Schematic of the three dimensional mesh decomposition

    图  5  相交单元的搜索方法

    Figure  5.  Search method of intersection elements

    图  6  数值计算建模图

    Figure  6.  Geometry of the specimenused for simulation

    图  7  计算结果的误差比较

    Figure  7.  Different errors of computational results

    图  8  计算结果的积分比较

    Figure  8.  Different integrals of computational results

    图  9  数值计算建模图

    Figure  9.  Geometry of the specimen used for simulation

    图  10  插值方法的精度比较

    Figure  10.  Comparison of precision with different interpolation methods

    图  11  测试函数分布云图

    Figure  11.  Nephogram of different test functions

    图  12  插值方法的精度比较

    Figure  12.  Comparison of precision with different interpolation methods

    表  1  计算网格参数

    Table  1.   Parameters of the computational grid

    序号 结构网格 非结构网格
    节点数 单元数
    1 33×33 695 1 260
    2 65×65 2 593 4 928
    3 129×129 10 044 19 574
    4 257×257 39 687 78 348
    下载: 导出CSV

    表  2  不同算例的守恒误差

    Table  2.   Conservation errors indifferent numerical cases

    序号 二阶插值 守恒型二阶插值
    1 3.724×10-3 0
    2 -1.447×10-3 0
    3 -3.985×10-4 1×10-14
    4 5.636×10-5 -2×10-14
    下载: 导出CSV

    表  3  计算网格参数

    Table  3.   Parameters of the computational grid

    序号 网格1 网格2 dx
    节点数 单元数 节点数 单元数
    1 914 4 033 676 2 711 0.067
    2 2 222 10 632 1 424 6 075 0.050
    3 6 527 32 913 3 733 16 681 0.035
    4 26 099 138 542 12 600 59 347 0.022
    下载: 导出CSV
  • [1] 郭正, 刘君, 瞿章华.非结构动网格在三维可动边界问题中的应用[J].力学学报, 2003, 35(2):140-146. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/lxxb200302003

    Guo Zheng, Liu Jun, Qu Zhanghua. Dynamic unstructured grid method with applications to 3d unsteady flows involving moving boundaries[J]. Acta Mechanica Sinica, 2003, 35(2):140-146. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/lxxb200302003
    [2] Zeeuw D D, Powell K G. An adaptively refined Cartesian mesh solver for the Euler equations[J]. Journal of Computational Physics, 1993, 104(1), 104:56-68. http://cn.bing.com/academic/profile?id=0b27e7efb53cada94a6d8ccfd529a00b&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [3] 白晓征.包含运动界面的爆炸流场数值模拟方法及其应用[D].长沙: 国防科技大学, 2009. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-90002-2010147319.htm
    [4] 徐春光, 白晓征, 刘瑜, 等.爆炸近区流场的数值模拟方法研究[J].兵工学报, 2012, 33(5):565-573. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/bgxb201205010

    Xu Chunguang, Bai Xiaozheng, Liu Yu, et al. Research on numerical simulation method of near-field flows in air blast[J]. Acta Armmamentarii, 2012, 33(5):565-573. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/bgxb201205010
    [5] Pärt-Enander E, Sj green B. Conservative and non-conservative interpolation between overlapping grids for finite volume solutions of hyperbolic problems[J]. Computers and Fluids, 1994, 23(3):551-574. http://cn.bing.com/academic/profile?id=1b04887df045469780080f87398e4aca&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [6] Margolin L G, Shashkov M. Second-order sign-preserving conservative interpolation (remapping) on general grids[J]. Journal of Computational Physics, 2002, 184(1):266-298.
    [7] Farrell P E, Piggott M D, Pain C C, et al. Conservative interpolation between unstructured meshes via supermesh construction[J]. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2009, 198(33/34/35/36):2632-2642. http://d.old.wanfangdata.com.cn/NSTLQK/NSTL_QKJJ0211806853/
    [8] Farrell P E, Maddison J R. Conservative interpolation between volume meshes by local Galerkin projection[J]. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2011, 200(1/2/3/4):89-100. http://cn.bing.com/academic/profile?id=aac95ff70f0ddb440fb234e1c139f5d9&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [9] Menon S, Schmidt D P. Conservative interpolation on unstructured polyhedral meshes: An extension of the supermesh approach to cell-centered finite-volume variables[J]. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2011, 200(41/44):2797-2804.
    [10] 郭正.包含运动边界的多体非定常流场数值模拟方法研究[D].长沙: 国防科技大学, 2002. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-90002-2003097667.htm
    [11] 刘君, 白晓征, 郭正.非结构动网格计算方法及其在包含运动界面的流场模拟中的应用[M].长沙:国防科技大学出版社, 2009.
  • 加载中
图(12) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  4243
  • HTML全文浏览量:  1242
  • PDF下载量:  521
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2014-11-10
  • 修回日期:  2015-03-30
  • 刊出日期:  2016-05-25

目录

    /

    返回文章
    返回