Fluent結構化網(wǎng)格和非結構化網(wǎng)格

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

一、什么是結構化網(wǎng)格和非結構化網(wǎng)格

從嚴格意義上講,結構化網(wǎng)格是指網(wǎng)格區(qū)域內所有的內部點都具有相同的毗鄰單元。

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

它的主要優(yōu)點是:1:網(wǎng)格生成的速度快。2:網(wǎng)格生成的質量好。3:數(shù)據(jù)結構簡單。4:對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,與實際的模型更容易接近。

它的最典型的缺點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算機和數(shù)值方法的快速發(fā)展,人們對求解區(qū)域的幾何形狀的復雜性的要求越來越高,在這種情況下,結構化網(wǎng)格生成技術就顯得力不從心了。

同結構化網(wǎng)格的定義相對應,非結構化網(wǎng)格是指網(wǎng)格區(qū)域內的內部點不具有相同的毗鄰單元。即與網(wǎng)格剖分區(qū)域內的不同內點相連的網(wǎng)格數(shù)目不同。從定義上可以看出,結構化網(wǎng)格和非結構化網(wǎng)格有相互重疊的部分,即非結構化網(wǎng)格中可能會包含結構化網(wǎng)格的部分。

二、網(wǎng)格的選擇及應用

如果一個幾何造型中既有結構化網(wǎng)格,也有非結構化網(wǎng)格,分塊完成的,分別生成網(wǎng)格后,也可以直接就調入fluent中計算。

在fluent中,對同一個幾何造型,如果既可以生成結構化網(wǎng)格,也可生成非結構化網(wǎng)格,當然前者要比后者的生成復雜的多,那么應該選擇哪種網(wǎng)格,兩者計算結果是否相同,哪個的計算結果更好些呢?

一般來說,結構網(wǎng)格的計算結果比非結構網(wǎng)格更容易收斂,也更準確。但后者容易做。

影響精度主要是網(wǎng)格質量,和你是用那種網(wǎng)格形式關系并不是很大,如果結構話網(wǎng)格的質量很差,結果同樣不可靠,相對而言,結構化網(wǎng)格更有利于計算機存儲數(shù)據(jù)和加快計算速度。

結構化網(wǎng)格據(jù)說計算速度快一些,但是網(wǎng)格劃分需要技巧和耐心。非結構化網(wǎng)格容易生成,但相對來說速度要差一些。

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

采用分塊網(wǎng)格劃分的時候,在兩個相鄰塊之間設置了connected,但是這兩個塊我要用不同尺寸的網(wǎng)格來劃分。比如說我用結構化的六面體網(wǎng)格來劃分,一遍的尺寸為2,另一邊的尺為3,這時候公共邊界面該怎么處理?如果采用cooper的格式來劃分這個網(wǎng)格,尺寸就是前面所說的,該怎么來做呢?

我用單獨的兩個塊試過,就是在公共邊界上采用interface的格式,但是由于與這個公共邊界相鄰的另一個邊界也不得不用interface格式,結果導入fluent的時候就說can not  creat a bound loop,也不清楚這是什么問題。

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

網(wǎng)格的正交性是指三個方向上的網(wǎng)格邊之間互相垂直的程度。一般而言,三維網(wǎng)格單元中,三個方向上的網(wǎng)格邊之間的夾角越接近90度則質量越好。這一點在規(guī)則區(qū)域(例如正方形方腔)很容易實現(xiàn),但對于流動區(qū)域比較復雜的問題則非常困難。但一般情況下,應當保證所有的網(wǎng)格單元內的網(wǎng)格邊夾角大于10度,否則網(wǎng)格本身就會引入較大的數(shù)值誤差。

EquiSize Skew(尺寸扭曲率)和EquiAngle  Skew(角度扭曲率)是評判網(wǎng)格質量最主要標準,其值越小,網(wǎng)格質量越高
一般來說,Fluent要求扭曲率3D小于0.85,2D小于0.75。

三、關于復雜模型和gambit中的實體及虛體

模型比較復雜,是在pro/E中建的模,然后用igs導入gambit,不過這樣就產(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)做成功過把它們統(tǒng)統(tǒng)merge成一個虛面,中間設置了一個可以容忍尖角的參數(shù),也可以劃分網(wǎng)格,但把生成的msh文件導入fluent就會出錯,這是virtual  geometry的原因還是因為尖角的原因?還有,virtual  geometry和普通的真實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需要注意哪些問題?

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

2、對于你輸入gambit的時候產(chǎn)生很多碎片的問題,你可以適當?shù)陌裵roe里面的模型精度和它的公差降低,因為gambit的建模工具精度本事就不高。

3、布爾運算就是對于面與面,體與體的聯(lián)合,相減等運算。這個在所有的cad建模過程中是經(jīng)常見到的問題。

4、對于虛體生成的計算網(wǎng)格,和實體生成的計算網(wǎng)格,在計算的時候沒有區(qū)別,關鍵是看你網(wǎng)格生成的質量如何,與實體虛體無關。

我在作復雜模型計算的時候,大部分都是用的虛體,特別是從其他的建模軟件里面導進來的復雜模型,基本上不能夠生成實體。

至于計算的效果如何,那是你對于fluent的設置問題和網(wǎng)格的質量問題,與模型無關。

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

四、實體、實面與虛體、虛面的區(qū)別

在建模中,經(jīng)常會遇到實...與虛...,而且虛體的計算域好像也可以進行計算并得到所需的結果,對二者的根本區(qū)別及在功能上的不同對于求解是沒有任何區(qū)別的,只要你能在虛體或者實體上劃分你需要的網(wǎng)格。

gambit的實體和虛體在生成網(wǎng)格和計算的時候對于結果沒有任何影響,實體和虛體的主要區(qū)別有以下幾點:

1、實體可以進行布爾運算但是虛體不能,雖然不能進行布爾運算,但是虛體存在merge,split等功能。

2、實體運算在很多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)格生成的過程中,如果有幾個相對比較評彈的面,你可以把它們通過merge合成一個,這樣,作網(wǎng)格的時候,可以節(jié)省步驟,對于曲率比較大的面,可能生成的網(wǎng)格質量不好,這時候,你可以采取用split的方式把它劃分成幾個小面以提高網(wǎng)格質量。

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