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中图分类号：V211.3论文编号：10006SY1105104硕士学位论文CFD软件的动态重叠网格生成算法研究作者姓名段茂昌学科专业流体力学指导教师董海涛副教授培养学院航空科学与工程学院ResearchofDynamicOversetGridsGenerationAlgorithminCFDSoftwareADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：DuanMao-changSupervisor：ViceProf.DongHai-TaoSchoolofAeronauticalScience&EngineeringBeihangUniversity,Beijing,China中图分类号：V211.3论文编号：10006SY1105104硕士学位论文CFD软件的动态重叠网格生成算法研究作者姓名段茂昌申请学位级别硕士指导教师姓名董海涛职称副教授学科专业流体力学研究方向计算流体力学学习时间自年月日起至年月日止论文提交日期年月日论文答辩日期年月日学位授予单位学位授予日期年月日关于学位论文的独创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得北京航空航天大学或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文使用授权书本人完全同意北京航空航天大学有权使用本学位论文（包括但不限于其印刷版和电子版），使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门（机构）送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。保密学位论文在解密后的使用授权同上。学位论文作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日I摘要本文旨在研究能够用于多体相对运动绕流数值模拟的动态重叠网格方法，主要基于结构化网格。各部件的网格随着部件做刚体运动，每一个时间步流场信息在各部件网格间传递。流动本身是非定常的，对信息传递的精度和效率都有很高的要求。高效的静态重叠网格技术是动态重叠网格技术的基础。本文提出了一种新的结合了八叉树方法和相邻单元搜索法的重叠网格方法，其综合了这两种方法的优势、又弥补了它们的不足。这种新的重叠网格生成算法在效率和可靠性方面都能够满足非定常流场计算的要求。本文首先研究了各种现有重叠网格方法的基本原理和重叠网格方法的国内外研究现状，分析了各种方法的优势和不足。其次，以八叉树方法为重点，更加详细地研究了其基本原理、实现过程、数据结构、搜索效率和搜索效果等，掌握了这种方法的优势和不足。再次，以相邻单元搜索法为重点，同样进行了详细的研究，特别是分析了这种方法在实现过程中两个难点。然后，将上述两种方法综合起来，实现了一种新的通用的动态重叠网格方法，并对其效率和可靠性进行了验证，达到了要求。最后，对重叠区域进行了优化，进一步提高了所生成重叠网格的质量。关键词：多体相对运动，动态重叠网格，八叉树方法，相邻单元搜索法，重叠区优化IIAbstractTheobjectiveofthethesisistoresearchdynamicoversetgridsmethodsfornumericalsimulationofflowfieldaroundmultibodyinrelativemotion,primarilybasedonstructuredgrids.Eachcomponentgridmoveswitheachcomponentinrigidbodymotion.Flowinformationistransferredamonggridsateverytimestep.Theflowfielditselfisunsteady,sotheaccuracyandefficiencyofinformationtransferishighlyrequired.Dynamicoversetgridmethodisbasedonhighefficiencystaticoversetgridmethod.AnewoversetgridmethodcombiningOctreealgorithmandNeighbour-to-Neighbourcellsearchmethod,isinnovativelyproposedinthisthesis,itintegratestheirsuperioritiesandovercomstheirdeficiencies.Thisnewmethodsatisfiesrequirementsforcomputationofunsteadyflowinefficiencyandreliabilityverywell.Firstly,inthisdisertation,fundamentalprinciplesofcurrentlyexistingoversetgridmethodandtheirpresentsituationareresearched.Meanwhile,superioritiesanddeficienciesofeachmethodareanalysed.Secondly,Octreealgorithmisfocusedon,anditsfundamentalprinciples,realizationprocedures,datastructure,searchefficiencyandsearchresultareresearchedinmoredetail,thusitssuperioritiesanddeficienciesarefullyunderstood.Thirdly,Neighbour-to-Neighbourcellsearchmethodisfocusedon,it’salsoresearchedindetail,twodifficultiesoccurredinitsrealizationareanalysed.Then,thetwomethodsmentionedaboveareintegrated,andanewdynamicoversetgridmethodisrealized,besidesitsefficiencyandaccuracyareverified,anditsatisfiesthedemandverywell.Finally,theoverlapping-zoneisoptimized,thequalityofgeneratedoversetgridisfurtherimproved.Keywords:Multibodyinrelativemotion,dynamicoversetgrids,Octreealgorithm,Neighbour-to-Neighbourcellsearchmethod,overlapping-zoneoptimizationIII目录第一章绪论..............................................................................................................................11.1研究背景......................................................................................................................11.2重叠网格基本概念......................................................................................................21.3国外研究现状..............................................................................................................31.4国内研究现状..............................................................................................................41.5本文研究内容..............................................................................................................6第二章多体相对运动绕流控制方程及数值求解方法..........................................................72.1流动控制方程..............................................................................................................72.2数值格式......................................................................................................................82.3刚体动力学方程组的求解..........................................................................................9第三章重叠网格算法概述....................................................................................................123.1基本原则....................................................................................................................123.2网格点分类................................................................................................................133.3重叠关系....................................................................................................................133.4插值方法....................................................................................................................15第四章八叉树方法................................................................................................................174.1问题描述....................................