一种适应地形以模拟大气边界层流动的混合网格生成框架

本文提出了一种为复杂地形上大气边界层(ABL)流动模拟量身定制的新型地形自适应网格生成流程。在给定以下参数时,该网格生成器完全自动:最大与最小表面网格尺寸、边界层首层单元尺寸、边界层内最大尺寸以及计算域顶部尺寸。针对 ABL 流动模拟的网格工作流做出了如下贡献。首先,我们提出了一种平滑地形建模方法以查询一阶与二阶几何导数。其次,我们提出了一种基于两种不同度量的自适应网格划分新流程来离散化地形。第三,给出了兼具棱柱体与四面体的 ABL 网格生成器。我们将自适应表面网格的三角形向外挤出,生成再现表面边界层的棱柱体。随后,计算域其余部分由非结构四面体网格离散。此外,对于表面与体网格生成器,我们详述了一种混合质量优化方法,并分析了其对高复杂度地形求解器的影响。我们分析了三角形自适应方法的收敛性,获得对几何的二次收敛,并在相同自由度下将误差降至无自适应与优化时的一半。我们还研究了 RANS 求解器的网格收敛性,获得对解的二次网格收敛,并使用 30% 的自由度同时将标准半结构化方法的误差降低 20%。最后,我们给出了生成的网格及一个完整复杂地形场景的模拟结果。