Fluent結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格

2016-09-04 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

一、什么是結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格

1.1結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格

從嚴(yán)格意義上講,結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格是指網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)所有的內(nèi)部點(diǎn)都具有相同的毗鄰單元。

它可以很容易地實(shí)現(xiàn)區(qū)域的邊界擬合,適于流體和表面應(yīng)力集中等方面的計(jì)算。

它的主要優(yōu)點(diǎn)是:1:網(wǎng)格生成的速度快。2:網(wǎng)格生成的質(zhì)量好。3:數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。4:對(duì)曲面或空間的擬合大多數(shù)采用參數(shù)化或樣條插值的方法得到,區(qū)域光滑,與實(shí)際的模型更容易接近。

它的最典型的缺點(diǎn)是適用的范圍比較窄,只適用于形狀規(guī)則的圖形。尤其隨著近幾年的計(jì)算機(jī)和數(shù)值方法的快速發(fā)展,人們對(duì)求解區(qū)域的幾何形狀的復(fù)雜性的要求越來(lái)越高,在這種情況下,結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成技術(shù)就顯得力不從心了。

1.2非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格

同結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的定義相對(duì)應(yīng),非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格是指網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)的內(nèi)部點(diǎn)不具有相同的毗鄰單元。即與網(wǎng)格剖分區(qū)域內(nèi)的不同內(nèi)點(diǎn)相連的網(wǎng)格數(shù)目不同。從定義上可以看出,結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格有相互重疊的部分,即非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格中可能會(huì)包含結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的部分。

二、網(wǎng)格的選擇及應(yīng)用

如果一個(gè)幾何造型中既有結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,也有非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,分塊完成的,分別生成網(wǎng)格后,也可以直接就調(diào)入fluent中計(jì)算。

在fluent中,對(duì)同一個(gè)幾何造型,如果既可以生成結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,也可生成非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,當(dāng)然前者要比后者的生成復(fù)雜的多,那么應(yīng)該選擇哪種網(wǎng)格,兩者計(jì)算結(jié)果是否相同,哪個(gè)的計(jì)算結(jié)果更好些呢?

一般來(lái)說(shuō),結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的計(jì)算結(jié)果比非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格更容易收斂,也更準(zhǔn)確。但后者容易做。

影響精度主要是網(wǎng)格質(zhì)量,和你是用那種網(wǎng)格形式關(guān)系并不是很大,如果結(jié)構(gòu)話網(wǎng)格的質(zhì)量很差,結(jié)果同樣不可靠,相對(duì)而言,結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格更有利于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和加快計(jì)算速度。

結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格據(jù)說(shuō)計(jì)算速度快一些,但是網(wǎng)格劃分需要技巧和耐心。非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格容易生成,但相對(duì)來(lái)說(shuō)速度要差一些。

在gambit中,只有map和submap生成的是結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,其余均為非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。

采用分塊網(wǎng)格劃分的時(shí)候,在兩個(gè)相鄰塊之間設(shè)置了connected,但是這兩個(gè)塊我要用不同尺寸的網(wǎng)格來(lái)劃分。比如說(shuō)我用結(jié)構(gòu)化的六面體網(wǎng)格來(lái)劃分,一遍的尺寸為2,另一邊的尺為3,這時(shí)候公共邊界面該怎么處理?如果采用cooper的格式來(lái)劃分這個(gè)網(wǎng)格,尺寸就是前面所說(shuō)的,該怎么來(lái)做呢?

我用單獨(dú)的兩個(gè)塊試過(guò),就是在公共邊界上采用interface的格式,但是由于與這個(gè)公共邊界相鄰的另一個(gè)邊界也不得不用interface格式,結(jié)果導(dǎo)入fluent的時(shí)候就說(shuō)can not creat a bound loop,也不清楚這是什么問(wèn)題。

如果中間面兩側(cè)的面網(wǎng)格一致,可以直接在fluent中merge,如果不一致,可以設(shè)interface

網(wǎng)格的正交性是指三個(gè)方向上的網(wǎng)格邊之間互相垂直的程度。一般而言,三維網(wǎng)格單元中,三個(gè)方向上的網(wǎng)格邊之間的夾角越接近90度則質(zhì)量越好。這一點(diǎn)在規(guī)則區(qū)域(例如正方形方腔)很容易實(shí)現(xiàn),但對(duì)于流動(dòng)區(qū)域比較復(fù)雜的問(wèn)題則非常困難。但一般情況下,應(yīng)當(dāng)保證所有的網(wǎng)格單元內(nèi)的網(wǎng)格邊夾角大于10度,否則網(wǎng)格本身就會(huì)引入較大的數(shù)值誤差。

EquiSize Skew(尺寸扭曲率)和EquiAngle Skew(角度扭曲率)是評(píng)判網(wǎng)格質(zhì)量最主要標(biāo)準(zhǔn),其值越小,網(wǎng)格質(zhì)量越高
一般來(lái)說(shuō),Fluent要求扭曲率3D小于0.85,2D小于0.75。

三、關(guān)于復(fù)雜模型和gambit中的實(shí)體及虛體

模型比較復(fù)雜,是在pro/E中建的模,然后用igs導(dǎo)入gambit,不過(guò)這樣就產(chǎn)生了很多碎線和碎面并且在一些面交界的地方還存在尖角。我曾經(jīng)做成功過(guò)把它們統(tǒng)統(tǒng)merge成一個(gè)虛面,中間設(shè)置了一個(gè)可以容忍尖角的參數(shù),也可以劃分網(wǎng)格,但把生成的msh文件導(dǎo)入fluent就會(huì)出錯(cuò),這是virtual geometry的原因還是因?yàn)榧饨堑脑?還有,virtual geometry和普通的真實(shí)的幾何體到底有什么區(qū)別?好像最大的區(qū)別是virtual geometry不能進(jìn)行布爾操作,布爾操作(boolean operation)又是什么?使用virtual geometry需要注意哪些問(wèn)題?

1、作網(wǎng)格的時(shí)候,把所有的面全部合成一個(gè)虛面的做法不好,特別是對(duì)于復(fù)雜外形的網(wǎng)格生成,你最好在模型變化劇烈的地方多分幾個(gè)面,這樣會(huì)更有效的控制網(wǎng)格能夠在模型表面曲率比較大的地方能夠生成規(guī)則的結(jié)構(gòu)或者非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。

2、對(duì)于你輸入gambit的時(shí)候產(chǎn)生很多碎片的問(wèn)題,你可以適當(dāng)?shù)陌裵roe里面的模型精度和它的公差降低,因?yàn)間ambit的建模工具精度本事就不高。

3、布爾運(yùn)算就是對(duì)于面與面,體與體的聯(lián)合,相減等運(yùn)算。這個(gè)在所有的cad建模過(guò)程中是經(jīng)常見到的問(wèn)題。

4、對(duì)于虛體生成的計(jì)算網(wǎng)格,和實(shí)體生成的計(jì)算網(wǎng)格,在計(jì)算的時(shí)候沒(méi)有區(qū)別,關(guān)鍵是看你網(wǎng)格生成的質(zhì)量如何,與實(shí)體虛體無(wú)關(guān)。

我在作復(fù)雜模型計(jì)算的時(shí)候,大部分都是用的虛體,特別是從其他的建模軟件里面導(dǎo)進(jìn)來(lái)的復(fù)雜模型,基本上不能夠生成實(shí)體。

至于計(jì)算的效果如何,那是你對(duì)于fluent的設(shè)置問(wèn)題和網(wǎng)格的質(zhì)量問(wèn)題,與模型無(wú)關(guān)。

可以用gambit里面的check功能檢查一下你的網(wǎng)格質(zhì)量,看看質(zhì)量怎么樣。

四、實(shí)體、實(shí)面與虛體、虛面的區(qū)別

在建模中,經(jīng)常會(huì)遇到實(shí)...與虛...,而且虛體的計(jì)算域好像也可以進(jìn)行計(jì)算并得到所需的結(jié)果,對(duì)二者的根本區(qū)別及在功能上的不同對(duì)于求解是沒(méi)有任何區(qū)別的,只要你能在虛體或者實(shí)體上劃分你需要的網(wǎng)格。

gambit的實(shí)體和虛體在生成網(wǎng)格和計(jì)算的時(shí)候?qū)τ诮Y(jié)果沒(méi)有任何影響,實(shí)體和虛體的主要區(qū)別有以下幾點(diǎn):

1、實(shí)體可以進(jìn)行布爾運(yùn)算但是虛體不能,雖然不能進(jìn)行布爾運(yùn)算,但是虛體存在merge,split等功能。

2、實(shí)體運(yùn)算在很多cad軟件里面都有,但是虛體是gambit的一大特色,有了虛體以后,gambit的建模和網(wǎng)格生成的靈活性增加了很多。

3、在網(wǎng)格生成的過(guò)程中,如果有幾個(gè)相對(duì)比較評(píng)彈的面,你可以把它們通過(guò)merge合成一個(gè),這樣,作網(wǎng)格的時(shí)候,可以節(jié)省步驟,對(duì)于曲率比較大的面,可能生成的網(wǎng)格質(zhì)量不好,這時(shí)候,你可以采取用split的方式把它劃分成幾個(gè)小面以提高網(wǎng)格質(zhì)量。

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