Fidelity Pointwise：通過自動網格劃分簡化 CFD 工程師的工作

Fidelity CFD

2023年6月9日 15:26

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網格生成是用戶的專業知識和獨創性可以通過選擇網格類型、拓撲和單元質量來影響計算流體動力學 (CFD) 解決方案的收斂性和準確性的地方。但隨著自動化網格生成的急速發展，控制權是否會從用戶手中奪走，或者寶貴的工程技能是否會丟失？

網格劃分可以自動化的程度

根據牛津詞典，自動的定義是“擁有無需人工操作即可工作的控件”，這與 NASA 的 CFD Vision 2030 研究同步，作者在其中指出“最終網格生成過程應該是CFD 用戶不可見。”

然而，將“自動”的字面定義應用于技術是不推薦也不可行的。自動方法經常受到不可避免的死胡同的困擾，其中 90% 的網格是自動生成的。盡管如此，最后 10% 幾乎不可能完成，或者需要數天或數周的時間。

Fidelity Pointwise：通過自動網格劃分簡化 CFD 工程師的工作的圖1

創建自動網格生成器是一項更容易處理的任務，尤其是當自動化與手動技術相結合時，手動技術在自動化誤入歧途時充當備份。讓我們從 CAD 模型導入開始，探討自動化是如何在 Fidelity Pointwise 中實現的。

自動化實體模型裝配

幾何體的導入和準備是網格生成的禍根。導入和幾何清理期間的主要問題是相鄰曲面之間的間隙和重疊。這些間隙和重疊導致網格生成器將每個表面視為一個孤立的、不相交的部分，而不是整個幾何體的一部分（圖 1）。當您對草率的 CAD 進行網格劃分時，無法保證組件網格會跨曲面邊界匹配。
Fidelity Pointwise：通過自動網格劃分簡化 CFD 工程師的工作的圖2

圖 1. 該運載火箭是從 IGES 文件導入的。顏色代表彼此沒有關系的單個表面（左）；整個運載火箭的幾何形狀在導入到單個拓撲實體模型（右）的過程中已自動組裝。

幸運的是，在 CAD 文件導入過程中，Fidelity Pointwise 會自動將 CAD 文件（例如 STEP、SolidWorks）中的曲面組裝成拓撲實體（圖 1）。生成的實體模型既沒有間隙也沒有重疊。

對實體模型進行網格化的意義在于，當您對模型進行網格化時，所有組件網格（每個 CAD 表面一個）將無縫結合在一起，同時尊重幾何意圖，使表面網格立即適合體積網格化。

另一方面，當實體模型裝配在導入過程中無法完全或根本無法運行時，Pointwise 使用戶能夠手動執行裝配操作，并完全控制公差和要裝配的曲面。

自動表面網格化

表面網格劃分通常是一項挑戰。確保點被正確地投影到復雜的 CAD 幾何圖形和處理 CAD 表面工件（如條子或重疊）通常迫使人們求助于手動技術。

只需單擊一下，Fidelity Pointwise 就可以對所有 CAD 表面進行網格劃分并完全連接它們。它還提供了另一種自動化工具，用于從 CAD 或工程幾何中恢復。在使用單個角度公差的自動裝配過程中，實體模型可以細分為稱為面組的拓撲實體。如圖2所示，被子代表運載火箭的機身、尾翼、上下機翼和翼尖。該工程幾何結構更好地反映了 CFD 模擬的目標。
Fidelity Pointwise：通過自動網格劃分簡化 CFD 工程師的工作的圖3

圖 2. CAD 模型中的表面已組裝成面組，將在其上應用單個網格的區域（左）；工程幾何的自動表面網格劃分，自動從 CAD 文件中恢復為面組（右）。

Fidelity Pointwise 提供全套模型和面組裝配工具，可根據您的要求調整工程拓撲，并提供更強大的網格劃分屬性套件。這些都可以根據您的判斷手動應用。

自動體積網格劃分

Fidelity Pointwise 的結構化和非結構化網格劃分技術在創建網格時自動應用（使用用戶指定的默認參數），并在編輯網格拓撲時自動調整。此外，In Pointwise 中的 Rules 命令主動監控網格質量。用戶可以靈活地創建規則來限制任何受支持的網格指標。要更詳細地查看網格質量，可以隨時將 Pointwise 中的全套網格診斷和可視化工具應用于任何網格。

Fidelity Pointwise：通過自動網格劃分簡化 CFD 工程師的工作的圖4