多物理场耦合软件GTEA开发及应用

    0 引言

    随着制造业数字化时代到来，其软件的重要性日趋显现，并起着举足轻重的作用，计算科学发展成为影响国家利益与国家安全的战略性问题。一些国家将计算机建模与仿真列为优先发展的服务于国家利益的关键技术。有国内学者指出应将自主CAE软件的开发提高到战略发展高度。国内外开发了大量的通用和专用的CAE软件，哈尔滨工程大学自2003年起，启动CFD软件开发，于2007年取得软件著作权，并成功应用于航空发动机燃烧室内的流动、传热与燃烧过程分析。2008年，启动计算声学和结构应力波模拟软件开发。

    1 网格前处理与转换技术

    对于数值计算程序开发人员来说，划分求解域网格，得到求解域网格信息，例如网格坐标，网格组成网格面系列等，是一项重复性，复杂性的工作。有经验的研究人员能够自己写出各种网格信息，但只限于几何结构简单，网格数量较少的场合;对于涉及CFD领域时间不长的研究人员，自己写出大量网格信息并保证不出错误是有一定难度的。因此采用一种折中的方法，使用FLUENT前处理软件GAMBIT建模，定义边界，输出含有网格节点信息的CGNS格式网格文件。自编程序读取CGNS格式文件的网格信息，处理输出，应用于本课题组自行开发的求解器，即提供一个标准文件接口。多区域网格前处理流程图见图1。

    CGNS系统是一种良好的媒介，将非商用CFD计算程序的前处理和后处理与商用软件联系起来。非商用计算程序如果采用CGNS系统作为外部界面，则可以解除前处理和后处理的瓶颈。

    GAMBH是FLUENT的前处理软件，目前，FLUENT公司对它的开发已相当成熟。它的主要功能是:构造几何模型、划分网格和指定边界。其中划分网格是其最主要的功能，用GAMBFT生成网格非常灵活，可以生成结构、非结构网格和混合网格，而且生成的非结构化网格可以是二维三角形或四边形网格，三维四面体、六面体、金字塔形网格。用户可根据GAMBFT提供的这些不同形状的网格单元，按自己的要求实现网格自动划分这一繁杂的工作，以解决具有复杂外形的网格生成问题。GAMBIT不仅具有良好的自适应功能，而且它允许用户根据解的具体情况对网格进行修改(细化/粗化）。另外，它也可读入多种CAD软件的三维几何模型和多种CAE软件的网格模型，使物理建模相当方便。GAMBFT最终生成包含有边界信息的网格文件。生成网格的操作步骤是：（1)建立物理模型；（2)划分网格；（3)设定物理边界；（4)定义计算域。

    本文借助GAMBTI提供的建模功能和Fortran90程序语言，完成GTEA的前处理工作，使以前棘手的网格生成工作变得快捷方便。