Fluent結構化網格和非結構化網格

2016-09-04 by:CAE仿真在線來源:互聯網

一、什么是結構化網格和非結構化網格

1.1結構化網格

從嚴格意義上講,結構化網格是指網格區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區域的邊界擬合,適于流體和表面應力集中等方面的計算。

它的主要優點是:1:網格生成的速度快。2:網格生成的質量好。3:數據結構簡單。4:對曲面或空間的擬合大多數采用參數化或樣條插值的方法得到,區域光滑,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,只適用于形狀規則的圖形。尤其隨著近幾年的計算機和數值方法的快速發展,人們對求解區域的幾何形狀的復雜性的要求越來越高,在這種情況下,結構化網格生成技術就顯得力不從心了。

1.2非結構化網格

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

二、網格的選擇及應用

如果一個幾何造型中既有結構化網格,也有非結構化網格,分塊完成的,分別生成網格后,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格,也可生成非結構化網格,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,結構網格的計算結果比非結構網格更容易收斂,也更準確。但后者容易做。

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

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

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

采用分塊網格劃分的時候,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格來劃分。比如說我用結構化的六面體網格來劃分,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格一致,可以直接在fluent中merge,如果不一致,可以設interface

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

EquiSize Skew(尺寸扭曲率)和EquiAngle Skew(角度扭曲率)是評判網格質量最主要標準,其值越小,網格質量越高
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。我曾經做成功過把它們統統merge成一個虛面,中間設置了一個可以容忍尖角的參數,也可以劃分網格,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別?好像最大的區別是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格能夠在模型表面曲率比較大的地方能夠生成規則的結構或者非結構網格。

2、對于你輸入gambit的時候產生很多碎片的問題,你可以適當的把proe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,體與體的聯合,相減等運算。這個在所有的cad建模過程中是經常見到的問題。

4、對于虛體生成的計算網格,和實體生成的計算網格,在計算的時候沒有區別,關鍵是看你網格生成的質量如何,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格質量,看看質量怎么樣。

四、實體、實面與虛體、虛面的區別

在建模中,經常會遇到實...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,對二者的根本區別及在功能上的不同對于求解是沒有任何區別的,只要你能在虛體或者實體上劃分你需要的網格。

gambit的實體和虛體在生成網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的建模和網格生成的靈活性增加了很多。