Métodos y sistemas para mejorar mallas usadas en dinámica de fluidos computacional según los cuales en una malla estructurada multibloque 2D o 3D de un objeto que se mueve a través de un medio fluido que se usa en el diseño de dicho objeto en conexión con un esquema analítico definido,

habiéndose generado la malla con bloques rectangulares (2D) ó hexaédricos (3D) bajo restricciones que causan que la malla incluya bloques irregulares (31) que no cumplen requerimientos de calidad, se siguen los siguientes pasos: encontrar los bloques irregulares (31); degenerar dichos bloques irregulares (31) fusionando bordes o lados contiguos (33, 35) de manera que se formen bloques triangulares (2D) o pentaédricos (3D) (41) y extender las modificaciones a lo largo de todos los bloques propagados; generar un número N de bloques regulares rectangulares (2D) o hexaédricos (3D) (43, 45, 47) dentro de dichos bloques triangulares (2D) o pentaédricos (3D) (41)

Métodos y sistemas para mejorar mallas usadas en dinámica de fluidos computacional.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a métodos y sistemas para mejorar mallas usadas en Dinámica de Fluidos Computacional y más en particular para mejorar mallas estructuradas multibloque usadas en el diseño de aeronaves.

Antecedentes de la invención

Actualmente la Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) se usa ampliamente en la industria aeronáutica. De cara a reducir las inversiones en Ensayos en Túneles de Viento se usa crecientemente la simulación en las actividades de diseño.

CFD discretiza el dominio físico en pequeñas celdas en las que se calculan las ecuaciones de Navier-Stokes o simplificaciones de las mismas como por ejemplo las ecuaciones promediadas de Reynolds de Navier-Stokes. Ello implica la necesidad de una buena malla para llevar a cabo un buen cálculo. La calidad de la malla se define habitualmente por la deformación de las celdas o la relación de crecimiento entre celdas. Así mismo, los residuos calculados en las ecuaciones proporcionan una buena idea de la calidad del cálculo.

Las mallas que se usan principalmente en CFD son de tres tipos: totalmente estructuradas, totalmente desestructuradas ó híbridas, que son mezclas de los otros dos tipos de mallas.

Las mallas estructuradas son mallas en las que la conectividad es regular y viene fijada por la topología: cada vértice interior es incidente sobre un número fijo de celdas y cada celda está delimitada por un número fijo de lados y bordes. Todos los nodos de una malla estructurada pueden ser localizados usando índices (l, j, k), por lo que su conectividad es explícita.

Las mallas desestructuradas tienen una conectividad totalmente arbitraria: un vértice de la malla puede pertenecer a cualquier número de celdas y cada celda puede tener cualquier número de bordes o lados. Los datos de la topología deben estar permanentemente almacenados para conocer exactamente los vecinos de cada nodo. El coste de la memoria involucrada por el uso de una malla desestructurada puede por tanto llegar a ser gravoso muy rápidamente.

Para geometrías complejas, las mallas estructuradas están divididas en varios bloques creando mallas estructuradas multibloque en las que la geometría en cuestión está formada por varios bloques estructurados, que comprenden mallas ordenadas estructuralmente dentro de ellos.

La ubicación y distribución de bloques en el dominio físico, es decir la topología de la malla, juega un papel significativo para alcanzar una buena descripción de la geometría. La conexión entre bloques también es importante debido a la propagación de nodos, ya que las caras de los bloques propagan los números de nodos entre dos bloques en contacto.

Es habitual aplicar varias restricciones a las definiciones de las topologías de mallas, tales como las siguientes:

- La necesidad de que la topología marque los límites de las superficies.

- La necesidad de que la topología tenga en cuenta las discontinuidades geométricas de las superficies.

- La necesidad de una topología "C" alrededor de las superficies como consecuencia de un comportamiento de capa límite (BL), que aparece en ecuaciones CFD y en otras ecuaciones. En referencia a un perfil aerodinámico, una topología "C" se define como una topología que rodea el perfil en la que los refinamientos de la malla no se propagan en el sentido contrario a la corriente sino solo en el sentido a favor de la corriente.

Cuando se crea una topología de una malla sujeta a una o más restricciones, la malla puede incluir bloques que no cumplen algún requerimiento de calidad. Un requerimiento típico de calidad es que los bloques sean lo más próximos posible a cuadrados perfectos (2D) o cubos (3D).

En la técnica anterior, se utilizan dos opciones básicas para manejar este tipo de mallas:

- Suavizar las restricciones que causan los problemas de calidad.

- Trabajar con la malla y evaluar cuidadosamente los resultados obtenidos.

Estas opciones no son completamente satisfactorias y la presente invención está orientada a solucionar este inconveniente.

Sumario de la invención

Es un objeto de la presente invención proporcionar métodos y sistemas para mejorar la calidad de mallas estructuradas multibloque usadas en el diseño de objetos que se mueven a través de un medio fluido cuando la topología de la malla está sujeta a restricciones.

Es otro objeto de la presente invención proporcionar métodos y sistemas para mejorar la calidad de mallas estructuradas multibloque usadas en el diseño de aeronaves.

En un aspecto, estos y otros objetos se consiguen proporcionando un método para mejorar una malla estructurada multibloque 2D o 3D de un objeto que se mueve a través de un medio fluido, tal como una aeronave, que se usa en el diseño de dicho objeto en conexión con un esquema analítico definido, habiéndose generado la malla con bloques rectangulares (2D) ó hexaédricos (3D) bajo restricciones que causan que la malla incluya bloques irregulares que no cumplen requerimientos de calidad, que comprende los siguientes pasos:

- definir como bloques irregulares aquellos bloques que tienen al menos un par de lados contiguos (2D) o caras contiguas (3D) formando un ángulo A en el rango de 120º a 180º y definir como bloques regulares aquellos bloques que no tienen ningún par de lados contiguos (2D) o caras contiguas (3D) formando un ángulo A en el rango de 120º a 180º;

- encontrar los bloques irregulares en la malla;

- degenerar dichos bloques irregulares fusionando bordes o lados contiguos de manera que se formen bloques triangulares (2D) o pentaédricos (3D) y extender las modificaciones a lo largo de todos los bloques propagados;

- generar un número N de bloques regulares rectangulares (2D) o hexaédricos (3D) dentro de dichos bloques triangulares (2D) o pentaédricos (3D).

En otro aspecto, los objetos mencionados más arriba se consiguen proporcionando un sistema para mejorar una malla estructurada multibloque 2D o 3D de un objeto que se mueve a través de un medio fluido, tal como una aeronave, que se usa en el diseño de dicho objeto en conexión con un esquema analítico definido, que comprende un modelo CFD 2D o 3D implementado en ordenador que incluye un módulo para generar una malla con bloques rectangulares (2D) ó hexaédricos (3D) bajo restricciones que causan que la malla incluya bloques irregulares que tienen al menos un par de lados contiguos (2D) o caras contiguas (3D) formando un ángulo A en el rango de 120º a 180º y que también comprende un módulo para degenerar dichos bloques irregulares fusionando bordes o lados contiguos en un solo borde o lado de manera que se formen bloques triangulares (2D) o pentaédricos (3D), para extender las modificaciones a lo largo de todos los bloques propagados y para generar varios bloques rectangulares (2D) o hexaédricos (3D) regulares que no tienen ningún par de lados contiguos (2D) o caras contiguas (3D) formando un ángulo A en el rango de 120º a 180º dentro de dichos bloques irregulares.

Otras características y ventajas de la presente invención se harán evidentes de la siguiente descripción detallada de las realizaciones, ilustrativas de su objeto, junto con las figuras adjuntas.

Descripción de las figuras

La Figura 1 muestra una topología de una aeronave generada aplicando alguna restricción.

La Figura 2 es una vista ampliada de una zona de la Figura 1 con un bloque irregular.

La Figura 3 muestra esquemáticamente como degenerar un bloque irregular de acuerdo con un paso del método de esta invención.

La Figura 4 muestra el resultado de degenerar un bloque irregular.

La Figura 5 muestra la topología de la malla después de propagar el bloque irregular a todos los bloques relacionados topológicamente.

La Figura 6 muestra esquemáticamente la generación de bloques rectangulares dentro de un bloque triangular de acuerdo con un paso del método de esta invención.

La Figura 7 muestra el resultado de integrar los bloques extra en la topología global de acuerdo con un paso del método de esta invención.

La Figura 8 muestra la topología final de la malla mejorada.

Las...

1. Un método para mejorar una malla estructurada multibloque 2D o 3D de un objeto que se mueve a través de un medio fluido que se usa en el diseño de dicho objeto en conexión con un esquema analítico definido, habiéndose generado la malla con bloques rectangulares (2D) ó hexaédricos (3D) bajo restricciones que causan que la malla incluya bloques irregulares (31) que no cumplen requerimientos de calidad, caracterizado porque comprende los siguientes pasos:

- definir como bloques irregulares (31) aquellos bloques que tienen al menos un par de lados contiguos (2D) o caras contiguas (3D) formando un ángulo A en el rango de 120º a 180º y definir como bloques regulares aquellos bloques que no tienen ningún par de lados contiguos (2D) o caras contiguas (3D) formando un ángulo A en el rango de 120º a 180º;

- encontrar los bloques irregulares (31) en la malla;

- degenerar dichos bloques irregulares (31) fusionando bordes o lados contiguos (33, 35) de manera que se formen bloques triangulares (2D) o pentaédricos (3D) (41) y extender las modificaciones a lo largo de todos los bloques propagados;

- generar un número N de bloques regulares rectangulares (2D) o hexaédricos (3D) (43, 45, 47) dentro de dichos bloques triangulares (2D) o pentaédricos (3D) (41).

2. Un método según la reivindicación 1, caracterizado porque dichas restricciones son una o más de las siguientes:

- el esquema analítico incluye el comportamiento de capa límite,

- la geometría del objeto incluye discontinuidades,

- la topología de la malla debe marcar los limites de las superficies del objeto.

3. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque dicho ángulo A está en el rango de 150º a 180º.

4. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque dicho numero N es tres.

5. Un método según la reivindicación 41, caracterizado porque los tres bloques regulares cuadrados (2D) o hexaédricos (3D) (43, 45, 47) generados dentro de dichos bloques triangulares o tetraédricos (41) se crean siguiendo la técnica "O-grid".

6. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque dicho objeto es una aeronave.

7. Un sistema para mejorar una malla estructurada multibloque 2D o 3D de un objeto que se mueve a través de un medio fluido que se usa en el diseño de dicho objeto en conexión con un esquema analítico definido, que comprende un modelo CFD 2D o 3D implementado en ordenador que incluye un módulo para generar una malla con bloques rectangulares (2D) ó hexaédricos (3D) bajo restricciones que causan que la malla incluya bloques irregulares (31) que tienen al menos un par de lados contiguos (2D) o caras contiguas (3D) formando un ángulo A en el rango de 120º a 180º, caracterizado porque dicho modelo también comprende un módulo para degenerar dichos bloques irregulares (31) fusionando bordes o lados contiguos (33, 35) en un solo borde o lado (37) de manera que se formen bloques triangulares (2D) o pentaédricos (3D) (41), para extender las modificaciones a lo largo de todos los bloques propagados y para generar varios bloques rectangulares (2D) o hexaédricos (3D) regulares (43, 45, 47), que no tienen ningún par de lados contiguos (2D) o caras contiguas (3D) formando un ángulo A en el rango de 120º a 180º, dentro de dichos bloques irregulares (41).

8. Un sistema según la reivindicación 7, caracterizado porque dicho objeto es una aeronave.