基于RM-DT算法的水泵CFD非结构化网格生成研究-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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基于RM-DT算法的水泵CFD非结构化网格生成研究

项目名称：基于RM-DT算法的水泵CFD非结构化网格生成研究
项目类别：面上项目
批准号：51179075
申请代码：E090601
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2012-01-01-2015-12-31

项目负责人：刘厚林
负责人职称：研究员
依托单位：江苏大学
批准年度：2011

中文摘要：

网格质量直接影响水泵CFD数值计算的精度和效率，是水泵CFD数值计算和软件开发的关键问题之一。本项目拟基于RM-DT算法，针对水泵非结构化网格生成算法中曲面网格划分、三维实体网格划分和网格优化等方面存在的关键科学问题展开研究。研究点控制度量的插值算法、背景网格生成算法、以及狭长曲面上高质量网格的划分算法；研究三维实体网格划分中边界恢复算法及其收敛性问题，探索通过添加断点方法消除点扰动方式无法消除的边界处局部退化；建立新的网格单元质量衡量准则，研究能够同时优化内部网格质量和边界网格质量的目标函数，并确定各函数项之间的耦合关系；为了验证上述算法，拟采用数值计算、三维PIV测量、压力脉动测量和外特性实验等方式对模型泵内的流动进行研究。本项目旨在建立基于RM-DT的水泵高质量非结构化网格生成算法，发展水泵网格生成理论和方法，促进泵CFD技术的发展和应用。

中文主题词：离心泵；四面体网格；网格生成；网格优化；

英文摘要：

Centrifugal pumps；Tetrahedral mesh；Mesh generation；Mesh optimization；

英文主题词： Centrifugal pumps；Tetrahedral mesh；Mesh generation；Mesh optimization；

结论摘要：

网格是CFD计算和有限元分析的关键之一，其质量直接影响CFD数值计算的精度、收敛性和效率。由于离心泵几何外形复杂、曲率变化剧烈，广泛应用的非结构化四面体网格生成算法仍然面临诸多挑战，很难生成高质量的四面体网格。因此，如何精确而高效地生成与计算区域相适应的高质量四面体网格是离心泵数值模拟亟待解决的难题之一，这不仅能为离心泵数值计算提供高质量网格，促进网格生成理论和方法的发展，也能为其它类型泵及几何形状复杂机械部件高质量网格的生成提供借鉴。 1. 针对三维实体网格Sliver单元消除问题，在归纳分析加密消除Sliver单元算法原理的基础上，对一种较优的消除算法进行了改进，优化了其判断Sliver单元的方法，并通过保证插入新点后不产生细小Sliver单元的方式，解决了原方法对于插入点位置要求过于苛刻的问题。算例表明，本文算法能够完全消除离心泵中的Sliver单元。 2. 针对网格优化过程中边界网格质量难以控制的问题，提出了一种基于优化算法的光顺(Optimization-based smoothing,OPS)。对比分析了不同目标函数和求最优解方法在网格数、迭代次数以及需求精度等因素变化下对OPS优化效果的影响，选用一种最优的目标函数，并将其变换为包含有考虑边界网格质量和内部网格质量的函数项，且为函数项添加了一个权重系数C，从而实现了对内部和边界处网格单元质量的同时控制。通过实例验证，该方法不但能够提高内部网格质量且能够提高边界处网格质量，权重系数C取0.7能够取得较好的优化效果且效率较高。 3. 针对OPS算法本身固有的无法提高“全边界单元”质量的缺陷，首次提出了一种结合OPS和拓扑优化的网格质量提高策略，该方法通过判别“全边界单元”中边（或面）被相邻单元共享的形式，而采用不同的拓扑交换方式。

成果综合统计