一类区域分块的径向基函数切割网格模型

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切割网格法自从被提出后逐渐成为计算流体力学(CFD)研究的热点与重点,网格生成简单,无需对控制方程进行坐标转换和重构背景网格,对于复杂多体运动的非定常流动问题更加具有优势。然而,切割网格法在船舶与海洋工程中的应用相对较少,大多数的物理模型局限于二维或简单物体。其中,尖锐物面构造方法和场点属性识别准则是切割网格法的关键问题,对发展一种适合任意复杂多体、快速的网格生成方法和起到至关重要的作用。目前,尖锐物面构造方法及其场点属性识别准则如样条函数、三角面片集、简单多项式函数、零等值水平集(level-set)等都存在一些不足之处,限制着切割网格法往自动、高效和物理模型复杂化的方向发展。  由于径向基函数能够根据多维离散点构造复杂物体的等值曲面并且具有以较少的控制点获得更高精度的特点,本文基于由李廷秋教授完全自主创新开发的非线性两相流大涡模拟平台,强调在切割网格法中首次提出采用径向基函数隐式等值曲面构造任意复杂物面,采用区域分块处理多体问题并且提高效率,构成一类区域分块的径向基函数切割网格模型,而且进一步发展仅需已知物面控制点的高效径向基函数隐式曲面,以达到快速、自动化、高精度生成适合多体任意复杂外形的计算网格的目的,对拓展切割网格法在船舶与海洋工程中的应用具有十分重要的意义。全文共分7章:  第1章阐述研究和发展切割网格法的背景意义、发展现状,及其在船舶与海洋工程中的应用、场点属性识别准则和尖锐物面构造分类和特点以及基于切割网格法的控制体分类,针对研究现状中的不足之处,提出本文主要研究内容;  第2章阐述径向基函数切割网格法的网格生成技术的基本原理和步骤,采用区域分块处理多体问题并且提高效率,构成一类区域分块的径向基函数切割网格模型;  第3章在切割网格法中进一步发展高效的径向基函数等值曲面描述任意复杂物面并分析其精度;  第4章把切割网格单元信息结合由李廷秋教授完全自主创新开发的非线性两相流大涡模拟平台,并且介绍其计算理论和方法;  第5章基于该非线性两相流大涡模拟平台数值模拟滑坡涌浪并且与相关实验进行比较,以验证本文在切割网格法中首次提出并采用高效的径向基函数隐式曲面描述任意复杂物面的合理性及可行性;  第6章总结全文。  本文在切割网格法中,首次提出采用径向基函数隐式曲面来描述任意复杂物面,而且进一步发展仅需已知物面控制点的高效径向基函数隐式曲面,实现快速、自动化、高精度生成适合多体任意复杂外形的计算网格,基于非线性两相流大涡模拟平台,可进一步研究海洋环境下多体之间由于固有存在或相对运动产生的相互干扰问题,能给船舶与海洋结构物的设计与评估提供适当的指导意见,具有一定工程意义和价值。
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