什么是網(wǎng)格劃分或網(wǎng)格生成?

什么是網(wǎng)格劃分或網(wǎng)格生成?的圖1


龐雜的幾何文件、復雜的幾何結(jié)構(gòu),使得 CFD 仿真在網(wǎng)格制作上極其耗時。如何解放工程師的雙手, 把更多的精力投入到結(jié)果分析和創(chuàng)新性能設(shè)計上,答案就在 Cadence Fidelity AutoMesh

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什么是網(wǎng)格劃分或網(wǎng)格生成?

網(wǎng)格劃分或網(wǎng)格生成可將幾何表面和立方體分割成多個單元。根據(jù)這些單元,使用偏微分方程計算所需的變量。在網(wǎng)格劃分過程中,二維表面用三角形和四邊形來表示,而三維立方體被分割成四面體、四棱錐、三棱柱和六面體。

網(wǎng)格劃分有三種類型:

1、結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分

結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的基本表示形式是三維數(shù)組,也就是說,將單元中心的(x,y,z)位置簡單映射到數(shù)組中的(i,j,k)數(shù)值。因此,如果我們知道某個單元的(i,j,k)坐標,就自然會知道相鄰單元位于(i±1,j±1,k±1)。結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格非常有助于進行高速仿真,因為求解器不需要存儲相鄰單元的查找列表,這將降低大量的成本。

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從幾何角度看,結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的模塊僅限于二維四邊形或三維六面體單元,這些單元是用各種明確定義的數(shù)學技術(shù)生成的,從代數(shù)到共形映射再到偏微分方程的解。不過,結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格在幾何上受限,對于復雜的形狀,難以生成網(wǎng)格。現(xiàn)代的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格通常是模塊結(jié)構(gòu),包含多個縫合在一起的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。我們經(jīng)常會發(fā)現(xiàn),與其他單元類型相比,在四邊形和六邊形結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格上計算 CFD 的解要更為精確。

2、非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分

非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格是指其基本表示方式中包括一個相鄰單元的查找列表。非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格在幾何上是不受限制的,可以包括多邊形(二維)或多面體(三維),面和邊的數(shù)量不受限制。最常見的是借助 Delaunay 或陣面推進法生成的四面體網(wǎng)格。然而,純六面體網(wǎng)格仍然可以是非結(jié)構(gòu)化的,如果它們沒有(i,j,k)坐標,將其稱為“結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格”在形式上是不正確的。非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格在工業(yè) CFD 領(lǐng)域很受歡迎,因為可以相對容易地在復雜的幾何形狀上生成這類網(wǎng)格。然而,由此生成的單元往往屬性不夠完美,如偏斜過大和對齊效果欠佳,因此由于截斷誤差高和數(shù)值擴散,這往往會降低求解器的準確度。

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3、混合網(wǎng)格劃分

為了完美兼顧準確度、速度和靈活性,一些現(xiàn)代 CFD 求解器會使用混合網(wǎng)格,它們由結(jié)構(gòu)化模塊和非結(jié)構(gòu)化區(qū)域以及許多不同的單元類型組成。通常情況下,近壁面網(wǎng)格將使用棱柱層來表示邊界層,然后隨著網(wǎng)格不斷偏離幾何模型而過渡到其他單元類型。

為什么網(wǎng)格劃分很重要?

網(wǎng)格的質(zhì)量(由網(wǎng)格中每個單元的幾何指標衡量)會影響 CFD 解決方案的準確性和收斂性。要想實現(xiàn)良好的仿真效果,在準確度和計算資源之間取得平衡非常重要,為此,要進行網(wǎng)格敏感性測試。對于某些幾何形狀,粗糙的網(wǎng)格就足以滿足仿真需求。因此,CFD 應用的要求決定了所需的網(wǎng)格質(zhì)量和求解準確度。


如何生成高保真網(wǎng)格?

網(wǎng)格劃分是 CFD 工作流程中最耗時的部分,對仿真結(jié)果影響很大。

以下三個步驟可以確保生成高質(zhì)量的網(wǎng)格:

01 幾何清理和水密幾何體

清理幾何體有助于節(jié)省仿真時間,這也是 CFD 分析的關(guān)鍵步驟,通常需要耗費幾天甚至數(shù)周的時間,具體取決于幾何體的復雜程度。確保幾何體沒有無關(guān)的特征、層和表面,有助于得出更精確的流體流動解。此外,水密幾何體有助于求解器針對不同的流域進行仿真。
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02 物理學關(guān)鍵區(qū)域的網(wǎng)格細化

網(wǎng)格間距如果不能求解流體變量的局部變化,就會引入離散化誤差。然而,如果網(wǎng)格過于精細,就會增加不必要的計算時間和工作量。因此,必須根據(jù)幾何形狀和應用來選擇合適的網(wǎng)格大小。推薦利用網(wǎng)格細化來捕捉近壁面行為和復雜幾何區(qū)域的物理現(xiàn)象。

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03 網(wǎng)格收斂性研究

網(wǎng)格收斂性研究是指在越來越精細的網(wǎng)格上運行仿真,直到流動變量不再有明顯變化。通常需要對一個新的幾何體進行一次研究,以確保網(wǎng)格足夠精細,能夠提供有價值的結(jié)果,同時不會過于精細,以至于需要過多的計算時間和內(nèi)存。

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通過 Cadence 進行網(wǎng)格劃分

Cadence Fidelity Pointwise 是一個獨立的 CFD 網(wǎng)格生成器,提供全面的功能,包括幾何模型準備,使用各種技術(shù)生成網(wǎng)格,并與各種流體求解器兼容。在生成網(wǎng)格時,低層級實體將高層級實體粘合在一起,形成一個連續(xù)的網(wǎng)格,為網(wǎng)格構(gòu)建技術(shù)和風格帶來了很大的靈活性。這種靈活性根植于 Fidelity Pointwise 產(chǎn)品的網(wǎng)格劃分理念,使其能夠涵蓋廣泛的工作流程。此外,網(wǎng)格拓撲結(jié)構(gòu)與 CAD 的幾何形狀無關(guān),非常靈活。Fidelity Pointwise 的不同網(wǎng)格劃分技術(shù)可以解決不同應用中的網(wǎng)格離散化問題。

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Fidelity Pointwise 提供卓越的 CFD 網(wǎng)格劃分技術(shù)

1

支持多種網(wǎng)格類型

2

幾何模型修復

3

支持任何 CFD 求解器格式的網(wǎng)格劃分

Fidelity Automesh 技術(shù)可以自動執(zhí)行原本費時費力的幾何體準備過程,同時不會損失任何幾何體細節(jié),近乎實時地為 CFD 分析提供高質(zhì)量網(wǎng)格。Fidelity Automesh 解決方案將不同的網(wǎng)格劃分技術(shù)整合到了一個工作流程之中。用戶可以在 Fidelity 環(huán)境中輕松地將流動求解器與 Fidelity 網(wǎng)格劃分技術(shù)結(jié)合使用,體驗高度簡化的工作流程。

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Fidelity Automesh:

1

精簡至自動化、可定制的工作流程

2

加速工程進度

3

整合 S2V 和 V2S 網(wǎng)格技術(shù)

4

混合結(jié)構(gòu)-非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分無縫整合

無論是哪種類型和復雜程度的幾何形狀,Cadence 的網(wǎng)格劃分軟件都可以快速生成高質(zhì)量的網(wǎng)格,供計算流體力學分析使用。

下面視頻將從復雜幾何的快速讀入、極速化全自動幾何密封和網(wǎng)格生成這幾個方面為您闡述 Cadence 的復雜幾何網(wǎng)格解決方案: Cadence Fidelity Automesh復雜幾何網(wǎng)格解決方案

關(guān)于 Cadence

Cadence 是電子系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域的關(guān)鍵領(lǐng)導者,擁有超過 30 年的計算軟件專業(yè)積累。基于公司的智能系統(tǒng)設(shè)計戰(zhàn)略,Cadence 致力于提供軟件、硬件和 IP 產(chǎn)品,助力電子設(shè)計概念成為現(xiàn)實。Cadence 的客戶遍布全球,皆為最具創(chuàng)新能力的企業(yè),他們向超大規(guī)模計算、5G 通訊、汽車、移動設(shè)備、航空、消費電子、工業(yè)和醫(yī)療等最具活力的應用市場交付從芯片、電路板到完整系統(tǒng)的卓越電子產(chǎn)品。Cadence 已連續(xù)九年名列美國財富雜志評選的 100 家最適合工作的公司。如需了解更多信息,請訪問公司網(wǎng)站www.cadence.com。

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