ICEM CFD—網格劃分基礎知識

網格大師

2023年3月7日 20:03

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來源：CSDN博主「Fo*(Bi)」的原創文章

在使用商用CFD軟件的工作中，大約有80%的時間是花費在網格劃分上的，可以說網格劃分能力的高低是決定工作效率的主要因素之一。

結構化網格和非結構化網格的比較

FLUENT軟件采用非結構網絡與適應性網絡相結合的方式進行網絡劃分。與結構化網絡和分塊結構網絡相比，非結構網絡劃分便于處理復雜外形的網絡劃分，而適應性網格則便于計算流場參數變化劇烈、梯度很大的流動，同時這種劃分方式也便于網絡的細化或粗化，使得網絡劃分更靈活、簡便。

ICEM CFD—網格劃分基礎知識的圖1

(a) 非結構化網格；(b) 未分塊的映射網格

圖1

結構網格就是在一定區域內的網格點可以用統一的編號，比如三維的網格點可以用連續i、j、k 唯一標志并且可以表達相互之間的位置關系，比較節約存儲空間，利于編程計算，但對復雜流場的適應性較差。

非結構網格一般是每個單獨的網格單元都有獨立的編號，并且最后要附加一個全場的總編號來確定每個單獨網格之間的關系，占用的存儲空間較大，編程比較麻煩，但是對復雜流場的適應性較好。

FLUENT劃分網格的途徑

一種是，用FLUENT提供的專用網絡軟件GAMBIT進行網絡劃分；另一種則是由其他的CAD軟件完成造型工作，再導入GAMBIT中生成網格。

還可以用其他網格生成軟件生成與FLUENT兼容的Pro/E，SolidWorks，Solidedge等。除了GAMBIT外，可以生成FLUENT網格的網格軟件還有ICEM CFD、GridGen等。

FLUENT (Gambit) 可以劃分：

ICEM劃分的網格類型

1. 非結構殼/面網格類型（二維）

殼/面網格 (Shell Mesh) 是指二維平面網絡或三維曲面網格。平面網格可用于流體力學二維數值計算；殼網格既可以用于固體力學的數值計算，也可以作為生成非結構三維體網格的邊界。下面首先介紹ICEM中殼/面網格的基本概念。

殼/面網格有四種網格類型，分別如下：

All Tri，即所有網格單元均為三角形。
Quad w/one Tri，即某一面上的網格單元大部分是四邊形，最多允許有一個三角形網格單元。
Quad Dominant，即某一面上的網格單元大部分是四邊形，允許一部分三角形網格單元的存在。復雜的面適用于該種網格類型，此時如果生成全部四邊形網格會導致網格質量非常低。對于簡單的幾何，該網格類型和Quad w/one Tri生成網格效果相似。
All Quad，即所有面的網格單元均為四邊形。

2. 非結構殼/面網格生成方法

殼網格主要有四種生成方法，分別如下：

Autoblock，自動塊方法，自動在每個面上生成二維Block而后生成網格。
Patch Dependent，根據面的輪廓線來生成網格，該方法能夠較好地捕捉幾何特征，創建以四邊形為主的高質量網格（注意：輪廓線即圍成面的線）。
Patch Independent，網格生成過程不嚴格按照輪廓線，使用穩定的八叉樹方法，生成網格過程中能夠忽略縫隙(Gap)、洞(Hole) 等細小的幾何特征，尤其適用于“不干凈”的幾何（注意：ICEM中的實體由封閉的面構成，“不干凈”的幾何是指由于縫隙、洞等存在，導致面沒有完全封閉的幾何，每種網格生成方法對幾何封閉程度的要求不盡相同）。
Shrinkwrap，是一種笛卡爾網絡生成方法，會忽略大的幾何特征、溝、洞等，適用于復雜“不干凈”的幾何模型快速生成殼網絡，不適合薄板類實體網絡生成。

3. 非結構體網絡類型（三維）

非結構體網格 (Auto Volume Meshing) 是指在ICEM中設定網格類型和生成方法等參數后，由軟件自動計算得到的體網格。該方法生成網格過程中人工參與工作量較小，減輕了工程人員的負擔，但是計算機工作量大，對計算機性能要求較高。生成的體網格可用于流體力學、固體力學的數值計算。

下面是三種不同的非結構體網格類型 (Mesh Type)：

Tetra/Mixed，一種應用廣泛的非結構體網格類型。在默認情況下，系統自動生成四面體網格 (Tetra)，通過設定可以創建三棱柱邊界層網格 (Prism)，也可以在計算域內部生成以六面體單元為主的體網格 (Hexcore)，或者生成既包含邊界層又包含六面體單元的網格。
Hex-Dominant，一種以六面體網格單元為主的非結構體網格類型。近壁面處網格質量較好，但在非結構體網格內部網格質量較差。生成此類體網格時，需要殼/面網格的類型為All Quad 或 Quad Dominant。
Cartesian，一種自動生成的六面體非結構體網格，內部網格線均為直線，邊界處網格線適應邊界曲線。