WikiDer > Сеточная классификация - Википедия

Grid classification - Wikipedia

Сетка или сетка определяются как меньшие формы, сформированные после дискретизации геометрической области. Сетка или сетка могут быть трехкомпонентными. измерение и 2-х мерный. Сетка имеет приложения в области географии, проектирования, вычислительная гидродинамика.[1] и многие другие места. Двумерная сетка включает простые многоугольник, многоугольник с отверстиями, множественный домен и искривленный домен. В трех измерениях есть три типа входных данных. Они простые многогранник, геометрический многогранник и кратные многогранники. Прежде чем определять тип сетки, необходимо понять элементы (их форму и размер).

Элементы

Форма элементов имеет большое значение при решении задач вычислительной гидродинамики. Обычно они основаны на соотношение сторон т.е. соотношение сторон элемента определяет, будет ли конкретный элемент подходящим для использования, или мы должны выбрать другой элемент с другим соотношением сторон. Например, если соотношение сторон велико, скорость решателя уменьшается, а если это отношение мало, скорость решателя увеличивается. Большое соотношение сторон имеет еще одно ограничение: интерполяция ошибки. Но если результаты меняются в зависимости от направления, мы используем большое соотношение сторон.

Уравнение потока жидкости и система координат

Рис. 1 а. 2-D модель обтекания цилиндра
Рис. 1 б. Представление двухмерной модели обтекания цилиндра декартовой сеткой.

Большинство из жидкость уравнения потока легко решаются с помощью процедур дискретизации с использованием декартовой системы координат.[2] В этой системе реализация метод конечных объемов проще и понятнее. Но большинство инженерных задач связано со сложной геометрией, которая плохо работает в декартовой системе координат. Когда граничная область течения не совпадает с координатными линиями структурированной сетки, можно решить задачу методом геометрической аппроксимации. Рисунки 1а. и 1b. показывает, как цилиндр может быть аппроксимирован декартовой системой координат.

Геометрия кривой цилиндра в декартовой системе координат аппроксимируется с помощью ступенчатой ​​аппроксимации. Но этот метод требует много времени и очень утомителен. Помимо этой проблемы, есть еще одна проблема, которая заключается в том, что ячейки внутри твердой части цилиндра, которые называются мертвыми ячейками, не участвуют в расчетах, поэтому их следует удалить, иначе они будут занимать дополнительное место в компьютере или других ресурсах. . Пошаговое приближение не является гладким и, таким образом, приводит к значительной ошибке, хотя сетку можно улучшить, используя мелкую сетку для покрытия области стены, но это приводит к нерациональной трате ресурсов памяти компьютера.

Следовательно, существуют ограничения в использовании методов в вычислительной гидродинамике, основанных на простой системе координат (декартовой или цилиндрической), поскольку эти системы не работают при моделировании сложной геометрии, такой как крыло, печи, камеры сгорания газовой турбины, двигатель внутреннего сгорания и т. Д.

Классификация сеток в вычислительной гидродинамике

Рис.2 Неортогональные сетки
Рис.3 Ортогональные сетки

а) Структурированная криволинейная сетка (вершины имеют близкое окружение).

б) Расположение неструктурированной сетки (вершины, имеющие вариацию в окрестности).

Структурированные криволинейные сетки

1) Точки сетки идентифицируются на пересечении координатной линии.

2) Для внутренней сетки есть фиксированное количество соседних сеток.

3) Они могут быть организованы в массив и могут быть названы индексами I, J, K f (в ​​трех измерениях).

Они также известны как сетки, подогнанные к телу, и работают по принципу отображения области потока на расчетную область простой формы. Отображение довольно утомительно, если оно связано со сложной геометрией. Чтобы смоделировать этот тип геометрии, мы разделим область потока на различные более мелкие подобласти. Все эти области объединены отдельно и правильно соединены с соседями. Такой тип расположения известен как блочная структурированная сетка. Этот тип системы более гибкий, чем предыдущий. Двумерная структурированная сетка использует элементы четырехугольника, а трехмерная сетка - шестигранники. Существует два типа координатных сеток, подогнанных к телу.

а) Ортогональная криволинейная координата.

б) Неортогональная координата. В ортогональной сетке линии сетки перпендикулярны пересечению. Это показано на рисунке 3.

На рисунке 2 показаны неортогональные сетки. На рисунке показано, что линии сетки не пересекаются под углом 90 градусов. В обоих этих случаях границы доменов совпадают с линиями координат, поэтому могут быть включены все геометрические детали. Сетки можно легко улучшить, чтобы уловить важные особенности потока.

Сравнение декартовой и криволинейной сеток

Сравнение декартовой и криволинейной сеток показывает, что в декартовой сетке ячейки тратятся на работу с объектами. В криволинейной сетке распределение функции очень хорошее. Ресурсы, необходимые для криволинейных сеток, меньше по сравнению с декартовыми сетками, что позволяет сэкономить много памяти. Таким образом, можно сказать, что грубые сетки способны эффективно фиксировать детали потока.

Недостатки криволинейных сеток

Трудности, связанные с криволинейными сетками, связаны с уравнениями.[3]

В то время как в декартовой системе уравнение можно легко решить с меньшими трудностями, но в криволинейной системе координат сложно решить сложные уравнения. Разница между различными методами заключается в том, какой тип расположения сетки требуется, и зависимая переменная, которая требуется в уравнении импульса. Создание сеток, включающих в себя отображение всех геометрических элементов, очень важно. При отображении Физическая геометрия отображается при помощи вычислительной геометрии.

Существуют трудности, с которыми мы сталкиваемся при создании решеток, установленных на корпусе, с геометрией, такой как камера сгорания двигателя внутреннего сгорания. Например, отображение клапана в Двигатель внутреннего сгорания выполняется очень тщательно, чтобы область одного типа была тщательно сопоставлена ​​с областями другого типа. Есть регионы, в которых плотная сетка создается намеренно для размещения сложных объектов. Но это приводит к ненужному разрешению сетки, что приводит к локальному изменению области решения.

Блочная структурированная сетка

Рис.4 Блочная структурированная сетка

В этом типе сетки домен разделен на разные области. В каждом регионе есть разные типы сетка структура. Также возможно, что для разных регионов могут использоваться разные системы координат. Это делает сетки более гибкими. Это также делает уточнение в области, где должна быть зафиксирована геометрия. На рисунке 4 показано использование техники блочной сетки. Преимущества этого метода заключаются в том, что его легко создать, уравнения, с которыми мы работаем, легко дискретизируются и кривые границы легко адаптируются. Различные блоки можно обрабатывать с требуемой степенью измельчения ячеек.

Неструктурированные сети

Рис 5. Гибридная сетка

В гораздо более сложных геометриях логично использовать большое количество блоков, что приводит к неструктурированным сеткам.[4] Они широко используются в вычислительной гидродинамике, потому что это дает нам гораздо больше гибкости, а ресурсы компьютера также используются эффективно. В этом случае в двумерной неструктурированной сетке используются треугольные элементы, а в трехмерной - четырехгранные, представляющие собой комбинацию небольших структурированных сеток, расположенных в неструктурированном виде. В этом типе сетки каждая отдельная ячейка рассматривается как блок. Нет структуры координатных линий, заданной сеткой. Преимущество сеток этого типа в том, что сетку можно уточнять там, где это необходимо. Это основано на том факте, что контрольный объем может иметь любую форму, поэтому ограничение на количество соседних ячеек снимается. При этом используются различные комбинации форм ячеек. Гибридный сетка также может быть использована. Гибридные сетки - это те, в которых смесь треугольных и четырехугольных элементов используется для построения сеток. В трехмерном сочетании четырехгранный и гексаэдрические элементы приводят к гибридной сетке. Пример гибридной сетки показан на рисунке 5. Неструктурированные сетки сокращают время, необходимое для создания сетки и отображение. Таким образом, создание сетки происходит быстрее и проще. Различные автоматические техники, особенно связанные с Метод конечных элементов также использовать неструктурированные сетки. В неструктурированных сетках легко настраивать и адаптировать сетку.

Улучшение сетки

Это делается двумя способами: сглаживанием и переворачиванием. При сглаживании сетки настраивается расположение вершин сетки. В режиме «Переворачивание» диагонали треугольного четырехугольника меняются местами. Переворачивание повышает точность измерения треугольников.

Рекомендации

  1. ^ Патанкар, Сухас В. (1980). Числовой теплообмен и поток жидкости. Издательство Hemisphere Publishing Corporation. ISBN 0891165223.
  2. ^ Маршалл, Д., и Раффин, С.М., «Схема встроенной граничной декартовой сетки для вязких потоков с использованием новой обработки граничных условий вязкой стенки», документ AIAA 2004-0581, представленный на 42-м заседании AIAA по аэрокосмическим наукам, январь 2004 г.
  3. ^ Versteeg, H.K .; Малаласекера, В. (2007). Введение в вычислительную гидродинамику: метод конечных объемов (2-е изд.). Харлоу: Прентис Холл. ISBN 9780131274983.
  4. ^ Кармна, Стив Л. мл., "Splitfor: 3D-код CFD на неструктурированной декартовой призматической сетке для сложных геометрических объектов", документ AIAA 95-0343, представленный на 33-м совещании и выставке по аэрокосмическим наукам, Рино, Невада, январь 1995 г.

Смотрите также