Fluent结构化网格和非结构化网格

2016-09-04 by:CAE仿真在线来源:互联网

一、什么是结构化网格和非结构化网格

1.1结构化网格

从严格意义上讲,结构化网格是指网格区域内所有的内部点都具有相同的毗邻单元。

它可以很容易地实现区域的边界拟合,适于流体和表面应力集中等方面的计算。

它的主要优点是:1:网格生成的速度快。2:网格生成的质量好。3:数据结构简单。4:对曲面或空间的拟合大多数采用参数化或样条插值的方法得到,区域光滑,与实际的模型更容易接近。

它的最典型的缺点是适用的范围比较窄,只适用于形状规则的图形。尤其随着近几年的计算机和数值方法的快速发展,人们对求解区域的几何形状的复杂性的要求越来越高,在这种情况下,结构化网格生成技术就显得力不从心了。

1.2非结构化网格

同结构化网格的定义相对应,非结构化网格是指网格区域内的内部点不具有相同的毗邻单元。即与网格剖分区域内的不同内点相连的网格数目不同。从定义上可以看出,结构化网格和非结构化网格有相互重叠的部分,即非结构化网格中可能会包含结构化网格的部分。

二、网格的选择及应用

如果一个几何造型中既有结构化网格,也有非结构化网格,分块完成的,分别生成网格后,也可以直接就调入fluent中计算。

在fluent中,对同一个几何造型,如果既可以生成结构化网格,也可生成非结构化网格,当然前者要比后者的生成复杂的多,那么应该选择哪种网格,两者计算结果是否相同,哪个的计算结果更好些呢?

一般来说,结构网格的计算结果比非结构网格更容易收敛,也更准确。但后者容易做。

影响精度主要是网格质量,和你是用那种网格形式关系并不是很大,如果结构话网格的质量很差,结果同样不可靠,相对而言,结构化网格更有利于计算机存储数据和加快计算速度。

结构化网格据说计算速度快一些,但是网格划分需要技巧和耐心。非结构化网格容易生成,但相对来说速度要差一些。

在gambit中,只有map和submap生成的是结构化网格,其余均为非结构化网格。

采用分块网格划分的时候,在两个相邻块之间设置了connected,但是这两个块我要用不同尺寸的网格来划分。比如说我用结构化的六面体网格来划分,一遍的尺寸为2,另一边的尺为3,这时候公共边界面该怎么处理?如果采用cooper的格式来划分这个网格,尺寸就是前面所说的,该怎么来做呢?

我用单独的两个块试过,就是在公共边界上采用interface的格式,但是由于与这个公共边界相邻的另一个边界也不得不用interface格式,结果导入fluent的时候就说can not creat a bound loop,也不清楚这是什么问题。

如果中间面两侧的面网格一致,可以直接在fluent中merge,如果不一致,可以设interface

网格的正交性是指三个方向上的网格边之间互相垂直的程度。一般而言,三维网格单元中,三个方向上的网格边之间的夹角越接近90度则质量越好。这一点在规则区域(例如正方形方腔)很容易实现,但对于流动区域比较复杂的问题则非常困难。但一般情况下,应当保证所有的网格单元内的网格边夹角大于10度,否则网格本身就会引入较大的数值误差。

EquiSize Skew(尺寸扭曲率)和EquiAngle Skew(角度扭曲率)是评判网格质量最主要标准,其值越小,网格质量越高
一般来说,Fluent要求扭曲率3D小于0.85,2D小于0.75。

三、关于复杂模型和gambit中的实体及虚体

模型比较复杂,是在pro/E中建的模,然后用igs导入gambit,不过这样就产生了很多碎线和碎面并且在一些面交界的地方还存在尖角。我曾经做成功过把它们统统merge成一个虚面,中间设置了一个可以容忍尖角的参数,也可以划分网格,但把生成的msh文件导入fluent就会出错,这是virtual geometry的原因还是因为尖角的原因?还有,virtual geometry和普通的真实的几何体到底有什么区别?好像最大的区别是virtual geometry不能进行布尔操作,布尔操作(boolean operation)又是什么?使用virtual geometry需要注意哪些问题?

1、作网格的时候,把所有的面全部合成一个虚面的做法不好,特别是对于复杂外形的网格生成,你最好在模型变化剧烈的地方多分几个面,这样会更有效的控制网格能够在模型表面曲率比较大的地方能够生成规则的结构或者非结构网格。

2、对于你输入gambit的时候产生很多碎片的问题,你可以适当的把proe里面的模型精度和它的公差降低,因为gambit的建模工具精度本事就不高。

3、布尔运算就是对于面与面,体与体的联合,相减等运算。这个在所有的cad建模过程中是经常见到的问题。

4、对于虚体生成的计算网格,和实体生成的计算网格,在计算的时候没有区别,关键是看你网格生成的质量如何,与实体虚体无关。

我在作复杂模型计算的时候,大部分都是用的虚体,特别是从其他的建模软件里面导进来的复杂模型,基本上不能够生成实体。

至于计算的效果如何,那是你对于fluent的设置问题和网格的质量问题,与模型无关。

可以用gambit里面的check功能检查一下你的网格质量,看看质量怎么样。

四、实体、实面与虚体、虚面的区别

在建模中,经常会遇到实...与虚...,而且虚体的计算域好像也可以进行计算并得到所需的结果,对二者的根本区别及在功能上的不同对于求解是没有任何区别的,只要你能在虚体或者实体上划分你需要的网格。

gambit的实体和虚体在生成网格和计算的时候对于结果没有任何影响,实体和虚体的主要区别有以下几点:

1、实体可以进行布尔运算但是虚体不能,虽然不能进行布尔运算,但是虚体存在merge,split等功能。

2、实体运算在很多cad软件里面都有,但是虚体是gambit的一大特色,有了虚体以后,gambit的建模和网格生成的灵活性增加了很多。