Разработка методики построения много-блочных структурированных сеток в Gmsh



Development of a methodology for construct-ing multi-block structured grids in Gmsh

This paper is devoted to the development and validation of an efficient technology for constructing multi-block structured computational grids in the open-source Gmsh soft-ware package for modeling thermogasdynamic processes in combustion chambers. The complex geometry of combustion chambers, characterized by the presence of internal details and variable shapes, presents significant challenges in generating high-quality grids required for accurate CFD calculations. Unstructured grids often demonstrate low accuracy when calculating heat fluxes and phenomena with strong gradients, while fully structured grids are not applicable to such objects. This paper proposes an approach to decomposing the combustion chamber geometry into computational blocks and describes a method for sequentially constructing structured grids within each block, followed by their merging. Examples of constructed multi-block grids for combustion chambers of similar shapes are presented, as well as the results of preliminary numerical calculations demonstrating adequate resolution of key zones and physical phenomena.

structured meshes, numerical modeling, finite element method, mesh generation, prelim-inary calculations


Настоящая статья посвящена разработке и апробации эффективной технологии построения многоблочных структурированных расчетных сеток в свободно распространяемом программном комплексе Gmsh для моделирования термогазодинамических процессов в камерах сгорания. Сложная геометрия камер сгорания, характеризующаяся наличием внутренних деталей и переменными формами, представляет значительные трудности при генерации качественных сеток, необходимых для точных CFD-расчетов. Неструктурированные сетки часто демонстрируют низкую точность при расчете тепловых потоков и явлений с сильными градиентами, тогда как полностью структурированные сетки не применимы к таким объектам. В работе предложен подход к декомпозиции геометрии камеры сгорания на вычислительные блоки и описана методика последовательного построения структурированных сеток внутри каждого блока с последующим их объединением. Представлены при-меры построенных многоблочных сеток для камер сгорания схожей формы, а так-же результаты предварительных численных расчетов, демонстрирующие адекватное разрешение ключевых зон и физических явлений.

Gmsh, многоблочные сетки, структурированные сетки, численное моделирование, конечно-элементный метод, построение сеток, предварительные расчеты.


1. Geuzaine C., Remacle J.F. Gmsh: a three-dimensional finite element mesh generator with built-in preand post-processing facilities // Int. J. Numer. Methods Engineering. 2009. 79, N 11. 1309−1331.
2. http://gmsh.info
3. Ермаков М.К., Крючкова А.С. Генерация неструктурированных тетраэдральных сеток для обтекания летательных аппаратов на основе открытых пакетов // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2020. Т.21, вып. 2. http://chemphys.edu.ru/issues/2020-21-2/articles/897/
4. Ермаков М.К. Генерация тетраэдральных сеток для суперкомпьютерного моделирования обтекания аэрокосмических объектов // Вычислительные методы и программирование. 21 2020. 341–349.
5. Seleznev R.K. Numerical Investigation of the Ramjet and Scramjet Operation Regimes of the HIFiRE-2 Combustion Chamber // Fluid Dyn. 2022. Vol. 57, № 6. P. 758–767.
6. Seleznev R.K. Numerical study of the flow structure in the supersonic inlet-isolator with mechanical throttle // J. Phys. Conf. Ser. 2019. Vol. 1250, № 1. P. 2–6.
7. Селезнев Р.К. Исследование колебаний в сверхзвуковом канале с каверной // Изв. РАН. МЖГ. 2025. № 4. С. 50-65.
8. Селезнев Р.К. Анализ структуры течения в сверхзвуковом канале с каверной // Изв. РАН. МЖГ. 2024. № 1. С. 83-90.
9. Seleznev R.K. Numerical study of the flow structure in the supersonic inlet-isolator // J. Phys. Conf. Ser. 2018. Vol. 1009. P. 012034.
10. Seleznev R.K. Validation of 3D model by the example of a supersonic inlet-isolator // J. Phys. Conf. Ser. 2018. Vol. 1009. P. 012031.
11. Селезнев Р.К. Численное исследование ПВРД и ГПВРД режимов работы камеры сгорания HIFiRE-2 // Изв. РАН. МЖГ. 2022. № 6. С. 64-73.
12. Seleznev R.K. Validation of two-dimensional model by the example of a supersonic inlet-isolator // J. Phys. Conf. Ser. 2018. Vol. 1009. P. 012030.
13. Surzhikov S. et al. Unsteady Thermo-Gasdynamic Processes in Scramjet Combustion Chamber with Periodical Input of Cold Air // 50th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference. Reston, Virginia: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2014. P. 25.
14. Селезнев Р.К. Исследование структуры течения в модельном воздухозаборнике ГПВРД с поперечной подачей водородного топлива в сверхзвуковой поток // Изв. РАН. МЖГ. 2021. № 3. С. 30-38.
15. Суржиков С.Т. Термогазодинамика модельной камеры сгорания этилена в сверхзвуковом потоке // Изв. РАН. МЖГ. 2022. № 3. С. 115-134.
16. Суржиков С.Т. Аэрофизика обтекания затупленного клина конечных размеров // Известия Российской Академии Наук. Механика Жидкости И Газа. 2021. № 5. P. 89–102.
17. Суржиков С.Т. Теплообмен и ионизация при неравновесном обтекании затупленной пластины гиперзвуковым потоком // Известия Российской Академии Наук. Механика Жидкости И Газа. 2021. № 6. P. 109–124.
18. Surzhikov S.T. On two-dimensional numerical modeling of the Burrows - Kurkov experimental data on hydrogen combustion in a supersonic air flow usingNS/RANS equations // Phys. Kinet. Gas Dyn. 2021. Vol. 22, № 4. P. 88–124.
19. Surzhikov S.T. Results of the Use of Algebraic Models of Turbulence in the Framework of the RANS Model of Heating the Surface of a Sharp Plate in a Supersonic Flow Результаты использования алгебраических моделей турбулентности в рамках RANS модели нагрева поверхности ос. 2023. Vol. 24, № 3. P. 1–49.
20. Turner J.C., Smart M.K. Mode change characteristics of a three-dimensional scramjet at mach 8 // J. Propuls. Power. 2013. Vol. 29, № 4. P. 982–990.