动力系统流场计算动态网格生成模型研究

　　1　网格自动生成模型

　　以二冲程发动机扫排气道及缸内流动系统三维瞬态流动计算为例,建立了网格生成模型,如图1所示.

　　缸内采用伪极坐标网格,首先生成二维网格,旋转产生三维轴对称网格,燃烧室网格同缸内网格的生成一样;扫、排气道分块后视为正则体,其网格由等步长插值来获取;然后分块生成,通过对连接面处流动性质的定义来粘接;接着对各单域块的规则性与非规则性进行判别,选择合适的方法获取外围边界线(面)上的网格节点坐标值;最后进行单域贴体网格的自动生成及其向已粘接的正则体的映射.

　　2　单域贴体网格的自动生成

　　2.1　边界线的描述及边界网格节点的确定

　　以二冲程摩托车发动机K100扫排气系统为例,其扫、排气道的边界面是由非规则曲面和规则曲面两部分组成的[1],根据数值计算对网格的要求,并考虑到扫、排气道(口)结构形式的特点,在描述边界线及确定边界网格节点时,以下死点活塞中心位置为坐标原点,来捕获预先设定的空间离散点的三维坐标.对规则曲面通过代数方程求解,用计算机编程来获取,如辅扫气道表面网格数据点坐标的获取;对非规则曲面则既可通过三坐标测量仪对其实体模型进行空间测量获取,也可通过对实体进行三维造型后用求交的方式来获取,如排气道表面网格数据点坐标的获取.这样做的好处:a.可用一些现成的工具软件如I-DEAS或Pro-E等造出二冲程发动机气缸-气口-气道的整个形状,尤其对不规则曲面或过渡处的不光滑点,如排气道,可以获得所作截面外围边界点较精确的坐标值,且直观形象;b.用代数法作规则部件(如辅扫气道)的三维图,便于进行几何参数设计;c.用三维造型的方法容易实现对曲面的局部修改,而不影响其余部分,便于总体设计.无论采用哪一种方法,截面上边界节点的位置都由数值计算所要求的网格粗细及均匀性来确定,其原则是:几何形状的曲率大或变化大的地方节点分布较稠密,反之较稀疏.

　　2.2　各单域贴体网格的自动生成

　　根据文献[2],编制了各单域的网格自动生成程序,以确保单域逻辑块网格的生成质量.扫、排气道(口)及其各块是采用三维直角坐标生成的网格,其中以排气道为例,其三维网格见图2(a).缸内网格则即可通过对先生成的二维网格进行旋转来生成三维轴对称网格(这种网格也叫做三维伪极坐标网格或同心圆网格),见图2(b);也可采用泊松方程生成三维直角坐标网格,见图2(c).伪极坐标网格和直角坐标网格都属于笛卡尔坐标系统.

　　3　各分块贴体网格的整体集成

　　节点编号如图3所示.用单元第4个节点的编号做单元的标志(I4),其周围节点的序号根据逻辑上的方向性用6个数组唯一表示.一个单元用8个节点来描述,逻辑上的右、后、顶的单元节点分别用I1,I3和I8表示,它们是为在逻辑左、前、底面的相邻单元而设的.