在飛行器外氣動數(shù)值模擬計算中，網(wǎng)格質(zhì)量對計算結(jié)果有著至關(guān)重要的影響，特別是航空航天飛行器外氣動計算流體力學(xué)問題所涉及的復(fù)雜流場（如激波、流動分離等）必須采用非常密的高質(zhì)量網(wǎng)格才能達(dá)到計算精度要求。高質(zhì)量網(wǎng)格是高精度分析結(jié)果的保證，質(zhì)量不好或者差的網(wǎng)格，則可能會導(dǎo)致計算無法完成或者得到毫無意義的結(jié)果。

通常，飛行器外氣動數(shù)值模擬計算對網(wǎng)格有以下兩方面的特殊要求：

一是考慮到近壁面粘性效應(yīng)，需采用較密的貼體邊界層網(wǎng)格；

二是網(wǎng)格的疏密程度與流場參數(shù)的變化梯度大體一致。傳統(tǒng)的飛行器網(wǎng)格劃分方法是采用基于拓?fù)淝懈畹木W(wǎng)格劃分方法劃分結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格。

基于拓?fù)淝懈畹木W(wǎng)格劃分

但是，基于拓?fù)淝懈畹慕Y(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格劃分方法具有拓?fù)淝懈罘爆崱㈦y度大，需要花費大量的時間和精力等劣勢，特別是對于復(fù)雜飛行器模型（如包含掛架、多段高升力、起落架、外掛載荷等）來說，要切割出完整的網(wǎng)格拓?fù)鋭t是非常難的。

隨著計算機硬件資源的發(fā)展及數(shù)值仿真并行加速效率的提升，非結(jié)構(gòu)化混合網(wǎng)格在飛行器外氣動分析中逐漸得到廣泛應(yīng)用，而具有流程化、高效、高質(zhì)量的、多面混合網(wǎng)格劃分特點的Fluent Meshing更是在飛行器外氣動分析應(yīng)用領(lǐng)域中脫穎而出。

Ansys于2019年推出了一種全新的、適合于復(fù)雜模型（包括飛行器）網(wǎng)格劃分的、基于流程化的、高效高質(zhì)量的、干凈幾何網(wǎng)格劃分流程 (Watertight mesh：WTM），該流程將必要的設(shè)置按照流程節(jié)點方式進行組織和定義，極大的提升了軟件操作效率和網(wǎng)格劃分效率。特別是2020 R1版本對Poly-Hexcore功能的提升使得Fluent Meshing在網(wǎng)格質(zhì)量上、劃分效率上都得到了大幅的提升，并使其更加適合復(fù)雜飛行器外氣動數(shù)值仿真分析。

全新的Fluent Meshing可在單一操作界面操作樹中一站式完成幾何結(jié)構(gòu)導(dǎo)入、全局/局部網(wǎng)格尺寸定義、面網(wǎng)格劃分、邊界條件預(yù)定義、計算域識別及抽取、邊界層設(shè)置、網(wǎng)格劃分類型選擇及體網(wǎng)格劃分等操作。

全新Fluent Meshing集成式網(wǎng)格生成操作界面

Fluent Meshing網(wǎng)格劃分高效主要體現(xiàn)在劃分的網(wǎng)格數(shù)量少、效率高和高效的并行加速效率兩個方面：

Fluent Meshing在Poly-Hexcore方法劃分的網(wǎng)格具有低網(wǎng)格數(shù)量的特點，以及低網(wǎng)格數(shù)量所帶來的的高效數(shù)值計算。如下圖所示，與Tet-Hexcore網(wǎng)格劃分方法相比，Poly-Hexcore方法劃分的網(wǎng)格數(shù)量得到了大幅的減少，總體網(wǎng)格數(shù)量上Poly-Hexcore比Tet-Hexcore減少了48%，棱柱層網(wǎng)格減少47%，計算時間減少41%。

Fluent Meshing劃分的Tex-Hexcore網(wǎng)格與Poly-Hexcore網(wǎng)格

Tex-Hexcore網(wǎng)格與Poly-Hexcore網(wǎng)格對比表：

Fluent Meshing具有高效的并行網(wǎng)格劃分的特點，如下圖所示：Fluent Meshig商用飛機網(wǎng)格劃分，生成121,000,000網(wǎng)格單元，單核網(wǎng)格劃分需要1639分鐘，32核并行網(wǎng)格劃分只用了246分鐘，與單核網(wǎng)格劃分相比，32核網(wǎng)格劃分的加速比高達(dá)6.6倍加速。

Fluent Meshing商用飛機Poly-Hexcore網(wǎng)格劃分并行效率圖

Fluent Meshing劃分的網(wǎng)格質(zhì)量高主要體現(xiàn)在以下三個方面：

Fluent Meshing對飛行器外表面以及棱柱層統(tǒng)一用的多面網(wǎng)格生成、填充。由于多面網(wǎng)格具有網(wǎng)格生成效率高、適應(yīng)性好、網(wǎng)格質(zhì)量高（統(tǒng)一的網(wǎng)格質(zhì)量）的特點，這使得飛行器外表面和棱柱層網(wǎng)格都具有統(tǒng)一的網(wǎng)格質(zhì)量（規(guī)則的正六邊形網(wǎng)格質(zhì)量）。

Fluent Meshing對飛行器空間區(qū)域網(wǎng)格填充時，采用的是具有懸掛節(jié)點的Hexcore網(wǎng)格填充，由于Hexcore網(wǎng)格繼承了笛卡爾網(wǎng)格與非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的優(yōu)點，具有低網(wǎng)格數(shù)量，高網(wǎng)格質(zhì)量的特點，這使得Hexcore填充的流場域網(wǎng)格具有笛卡爾網(wǎng)格高質(zhì)量的特點，也使得Hexcore更加適合復(fù)雜飛行器外氣動流場分析。

Ansys獨有專利 Mosaic技術(shù)可將不同類型的網(wǎng)格與一般多面體元素自動高質(zhì)量的連接。此外，Mosaic 網(wǎng)格還具有網(wǎng)格數(shù)量少（相比于四面體網(wǎng)格，多面體和Mosaic網(wǎng)格可以減少30%-40%的網(wǎng)格數(shù)量）、質(zhì)量更好，網(wǎng)格劃分時所需更少（內(nèi)存減少了三分之一）的特點。

Fluent Meshing劃分的高質(zhì)量基于Mosaic的Poly-Hexcore網(wǎng)格

Fluent Meshing Poly-Hexcore劃分的網(wǎng)格具備高質(zhì)量、低數(shù)量的特點，這使得基于Fluent Meshing劃分的網(wǎng)格在數(shù)值計算上往往表現(xiàn)出計算精度高的特點。下圖是商用飛機攻角4.36°計算收斂曲線與氣動特性曲線以及與試驗結(jié)果對比，從計算結(jié)果可知，Poly-Hexcore網(wǎng)格外氣動計算能夠快速的收斂，并且與Tet-Hexcore (280,000,000網(wǎng)格單元) 計算結(jié)果相比，Poly-Hexcore（140,000,000網(wǎng)格單元）計算的升力和阻力曲線與試驗值更加接近。

Tex-Hexcore網(wǎng)格與Poly-Hexcore網(wǎng)格計算結(jié)果對比

除此之外，F(xiàn)luent Meshing還具有邊界條件預(yù)定義和計算域自動識別功能，可根據(jù)流體域和固體域名稱自動進行識別，預(yù)先對進口、出口、對稱面、周期對稱面等進行邊界條件類型設(shè)置并可直接在后續(xù)的求解計算中使用，F(xiàn)luent Meshing的全新體驗使飛行器外氣動分析研究更加的簡單便捷。

綜上所述，頗具潛力的Mosaic 網(wǎng)格連接技術(shù)的出現(xiàn)，提供了振奮人心的網(wǎng)格單元組合，使得高質(zhì)量、低數(shù)量的高效網(wǎng)格劃分得以解決，使得航空航天飛行器高超聲速流動、跨音速流動以及其他多介質(zhì)、高溫高壓系統(tǒng)的計算流體力學(xué)問題等復(fù)雜問題得以解決，并為以后復(fù)雜飛行器數(shù)值研究提供了基礎(chǔ)和無限可能性。