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三维计算流体力学流场的流线构造

摘要:

流线的计算与显示是流场可视化中的一项基本技术. 通过将 CFD(Computational Fluid Dynamics)的计算网格剖分为四面体单元并设置相邻四面体之间的拓扑关系 ,运用基于四面体侧面法矢的“指南针”法进行快速点定位 ,采用自适应步长的数值积分方法直接在物理空间中进行流线的追踪 ,避免了物理空间和计算空间之间的转换以及由此所带来的误差 ,提高了流线追踪的精度和效率.

三维流场数据主要来自计算流体力学 CFD(Computational Fluid Dynamics) 的仿真结果或实验测量数据. 在 CFD 的仿真中 ,为了适应复杂的物理边界 ,一般采用不规则的三维曲线网格 ,这种网格是一种由六面体单元组成的结构网格. 传统的流线计算通常是在物理空间和计算空间之间建立一种一一对应的关系 ,即将三维曲线网格变换为一个正交的规则网格 ,流线的计算是在计算空间上进行 ,最后再变换回物理空间去进行显示. 通常 ,物理空间和计算空间不存在全局的转换函数关系. 一般 ,对于每一个网格单元 ,物理空间和计算空间之间的相互转换是通过一个Jacobian 矩阵来实现的

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