怎樣才算是好的CFD網格 附I do like CFD下載


我們在進行CFD計算時,總是會遇到各種各樣的收斂問題,分析影響收斂的因素包括:網格劃分策略,模型選取,參數設置,邊界條件等等。在各種各樣的因素當中,網格問題通常占據了一半以上的比重,那么怎樣的網格才算是一個好的網格呢,今天我們就來扒一扒這個問題。

1. 能夠保持幾何所需要的重要細節(最基本)

(1)小的/不必要的特征可以抑制或適當簡化(如圓角等)

(2)簡化的原則取決于:這些細節對流動及傳熱或其它物理特性的重要性

如下圖:我們可能會認為網格肯定有問題,因為部分細節丟失了,但這取決于應用,這可能對結果有一些影響。如果您了解工程應用及物理性質,那您就會知道您需要什么程度的幾何細節。

怎樣才算是好的CFD網格 附I do like CFD下載的圖1

2.關鍵物理特性的捕捉

(1)網格必須足夠精細,才能捕獲并求解重要的物理特性:

  • Boundary layers:邊界層

  • Heat transfer:熱傳遞

  • Wakes,shock:尾跡,激波

  • Flow gradients:流動中的任何大梯度

(2)推薦的邊界層網格劃分準則

  • 必須能夠解析到速度和熱邊界層

  • 通常情況下,還需考慮10到15層覆蓋邊界層的單元

  • 這些單元的增長率范圍:§£1.2 … 1.3

  • y+?1:對于涉及熱傳遞或層流到湍流轉捩的問題

例子:機翼的速度剖面

怎樣才算是好的CFD網格 附I do like CFD下載的圖2

3.確保網格質量

(1)一個好的網格質量取決于:

  • 單元不應過于扭曲或偏斜

  • 單元縱橫比不應過大

  • 網格平滑過渡

怎樣才算是好的CFD網格 附I do like CFD下載的圖3

(2)網格生成控制:

  • 嘗試正交質量>0.1(精度,收斂性)

  • 扭斜度<0.95

  • 縱橫比<100

  • 網格增長率<1.5 …2

  • 基于經驗(實驗)捕捉物理現象(剪切層、沖擊)

  • 盡量在網格面法向和流動矢量間保持較小的角度(流動方向已知的問題中,應盡量嘗試將網格與流動方向對齊)

怎樣才算是好的CFD網格 附I do like CFD下載的圖4

(3)網格加密:

  • 手動,基于誤差估計

  • 基于 ‘error sensor’ 網格自適應加密

怎樣才算是好的CFD網格 附I do like CFD下載的圖5

(4)避免網格密度的突然變化

怎樣才算是好的CFD網格 附I do like CFD下載的圖6

(5)網格類型

  • 流動方向已知。四面體或六面體單元通常比三角形或四面體單元計算的結果更精確

怎樣才算是好的CFD網格 附I do like CFD下載的圖7

  • 當網格不再與流動方向一致時。Quad and Hex meshes(四邊形/六面體網格)就失去了優勢。

怎樣才算是好的CFD網格 附I do like CFD下載的圖8

總結
怎樣才算是好的CFD網格 附I do like CFD下載的圖9

網格策略的選擇取決于如下三個因素:

①仿真所需精度

簡單來說就是:你期望的網格質量  

所允許網格的最大扭斜度和縱橫比是多少?

②計算效率

希望的網格數量

是否只需要求解宏觀流動特性(這意味著需要的單元數量相對較少)?或者,是否有必要求解流動的更多細節(這反過來需要更多的單元)?

③易于生成

時間成本

與Tet/poly網格相比,需要很長時間才能創建的結構化網格所帶來的潛在優勢是否值得花費額外所用的時間?

我們的目標始終是:在所有因素之間尋求最佳的折中方案。

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