ANSYS CFD的那些前處理工具
ANSYS中用于CFD前處理的工具眾多,幾何處理有DM和SCDM,網格生成有ANSYS Meshing、ICEM CFD與Fluent Meshing。
簡單聊聊個人對這些模塊的感覺。
1、ANSYS Design Modeler(DM)
后面簡稱DM,屬于ANSYS Workbench的原生模塊,妥妥的親兒子,從Workbench1.0版本就一直存在。不過個人感覺自從ANSYS收購了SpaceClaim之后,DM越來越不受待見了(已經連續好多年沒有功能更新了)。不過從功能上來講,DM作為一款幾何前處理軟件功能還是齊全的,另外其還能集成葉輪機械處理功能,與VISTA模塊勾搭的比較緊密,對于做葉輪機械來說,還是不錯的幾何處理軟件。
DM的操作習慣與常規的CAD特征建模軟件相同,也支持市面上絕大多數CAD格式的輸入輸出,能夠滿足大多數工程應用需求。不過也正因為其基于特征建模思路,導致在幾何處理方面不夠快捷(只是相比較SCDM而言),對于超大模型的處理有點兒力不從心(曾經嘗試讀入一個800多M的x_t文件,128G內存的電腦當場被卡翹辮子了)。
DM只能處理幾何,其沒有網格生成功能。
對于新手來講,DM的操作習慣還是極為友好的,畢竟與主流CAD軟件操作習慣相仿。
2、ANSYS SpaceClaim(SCDM)
這貨的名字經常改來改去,早期叫SpaceClaim,中間有幾個版本叫SCDM,現在最新幾個版本又改回SpaceClaim,奇奇怪怪的搞法。不是ANSYS親生的,不過受寵程度超過親生,最近幾個版本的ANSYS在SCDM的基礎上大做文章,搞出一堆新的模塊,像什么AIM、Discovery之類的。
SpaceClaim師出名門,江湖傳言其同父異母的大哥為CAD界大名鼎鼎的PRO/E,在被ANSYS收購之前,SCDM一直作為一款獨立的CAD軟件在開發,因此其CAD功能還是非常齊全的。ANSYS收購SCDM后,在其中添加了大量與仿真相關的前處理功能,使得其更適合進行仿真計算前處理,這其中包括一些幾何修復、計算區域提取等功能,在最近的幾何版本,甚至添加了網格生成功能。
SCDM的操作習慣與DM不同,其并非采用參數化特征建模方式,而是使用直接建模,所有的幾何操作全部通過鼠標拖拽來完成。在對仿真模型前處理過程中,這種操作方式無疑會極大地提高工作效率。不過最近的幾個版本也添加了一些參數功能,可能是考慮到幾何創建的需求,畢竟一些非規則曲面的幾何創建,沒有參數還是挺麻煩的。
SCDM中的網格生成功能在最近的幾個版本中得到了大大的增強,現在不僅可以替換一大部分ICEM CFD的分塊結構網格功能,還能直接生成非結構網格,而且能夠實現網格隨幾何同步更新,這對于需要經常修改幾何的仿真計算,實在是太香了。
SCDM基于實體建模,在實體建模方面,SCDM基本上沒有啥缺點,不過在曲面建模和曲面編輯上,功能略顯欠缺。雖然SCDM可以將實體拆解成曲面進行編輯,但操作過程總感覺不夠絲滑,也許在后期版本會逐漸完善吧。
SCDM具有豐富的輸入輸出接口,能夠導入導出市面上絕大多數幾何文件格式。
不同于DM的十年不更新,SCDM的更新非常頻繁,幾乎每一個ANSYS大版本都會更新一大堆的功能。
如果要在DM和SCDM中挑選一款作為前處理工具,強烈推薦使用SCDM。
3、ANSYS Meshing
ANSYS Meshing也是ANSYS的親兒子,其隨Workbench一起闖蕩江湖。ANSYS Meshing負責為ANSYS Workbench中的大多數求解器輸出網格,地位斐然。在最近的幾個ANSYS版本中,ANSYS Meshing的操作界面發生了非常大的變化。
ANSYS Meshing只能進行網格生成,不具備幾何操作能力,因此在網格生成過程中如果發現存在幾何問題,就只能返回到DM或SCDM中進行操作了,這其實也造成了ANSYS Meshing的操作過程不絲滑,ANSYS Workbench的各模塊打開慢的要死,十多年也沒見性能改進。
在網格生成方面,ANSYS Meshing的功能比較齊全,能夠生成大多數常規的網格類型(三角形、四邊形、四面體、六面體、三棱柱、五面體網格),配合ANSYS官方插件可以生成多面體(不過這個插件官方商店現在找不到了,我這里只有支持18.2版本的老插件)。
在最近的版本中,ANSYS Meshing增加了網格編輯功能,能夠對低質量網格進行手工編輯。
ANSYS Meshing的操作方式比較簡單,操作邏輯也很清晰,很適合新手入門使用。不過ANSYS Meshing目前似乎不支持并行生成網格,在生成大量網格時超級慢。雖然軟件里面有個設置CPU數量的參數,但我試過那個參數設置成多少都沒啥效果,資源管理器里面只有一個CPU在干活,目前不清楚是參數設置的原因還是軟件本身的原因。
個人覺得ANSYS Meshing比較適合中等以下規模的網格生成。
4、ICEM CFD
ICEM CFD也不是ANSYS親生的,不過在被收編的頭幾年,ANSYS還是花了大力氣對其進行推廣的。畢竟在收購ICEM CFD之后,ANSYS又接連收購了CFX和Fluent,且又放棄了CFX的前處理工具cfx-build,拋棄了Gambit,那年頭ANSYS Meshing又還沒有完全成長起來,TGrid又是一副丑不拉幾的尊榮難用得要死,ANSYS CFD系列迫切需要一款能打的前處理工具,于是ICEM CFD就被推到了前臺。不過隨著ANSYS Meshing的功能逐漸完善,TGrid搖身一變成了Fluent Meshing,ICEM CFD的地位越來越不妙。ICEM CFD似乎十幾年沒有更新功能了。
作為一款前處理軟件,ICEM CFD的功能還是比較全面的,從幾何處理到網格生成都能勝任。不同于DM和SCDM的基于實體建模,ICEM CFD基于曲面建模,因此在幾何處理方面更加非常靈活,也更強大。ICEM CFD也支持完善的幾何導入功能,能夠導入絕大多數市面上主流的CAD文件格式。
ICEM CFD能夠支持除多面體以外的其他所有網格類型,而且其在分塊結構網格生成方面具有優勢。因此如果對分塊結構網格情有獨鐘的話,ICEM CFD還是非常不錯的選擇。
不過也因為長時間的停止更新,ICEM CFD正逐漸落后于主流網格生成。ICEM CFD不支持并行網格生成(雖然有選項設置CPU數量,但沒有啥用),不支持多面體網格,不支持Fluent Meshing最近幾個版本鼓吹的馬賽克網格。而且ICEM CFD的分塊網格功能也正在逐漸被SCDM替代。
再過幾年,誰還能想到,十多年前,ICEM CFD也是ANSYS CFD系列的小甜甜呢。
5、Fluent Meshing
這貨現在已經成了Fluent的御用前處理了,誰又能想到,其實二十年前它就已經是Fluent的御用前處理了呢。ANSYS將Tgrid進行深度改造,打造出一個與Fluent無縫集成的網格生成工具,而且在最近幾個版本中推出了watertight工作流程,的確是讓tgrid脫胎換骨,不然就原來tgrid那狗都嫌棄的gui界面和毫無邏輯的操作流程,大概也就開發者能捏著鼻子用吧。
Fluent Meshing提供了三套操作流程:outline流程、watertight流程以及FMT流程。outline流程就是那個毫無邏輯的操作流程,適合高端用戶。watertight和fmt流程是ANSYS打造的新流程,非常適合工程應用。尤其是watertight流程配合SCDM,簡直就是絕配。
Fluent Meshing能夠支持所有Fluent支持的網格形式,且支持并行網格生成,非常適合于大規模網格生成,256G內存可以很輕松生成幾千萬網格。
Fluent Meshing不能生成二維網格,也不能做分塊結構網格。目前最新版本可以支持Multizone網格,也算是支持掃掠網格了。
總體上來講,這些前后處理工具各有千秋,任意搭配一兩款即可應付絕大多數的工程問題了。
我個人還是比較推薦使用SCDM+Fluent Meshing組合,利用SCDM處理幾何,對于二維模型和簡單的三維模型,可以直接在SCDM中生成網格,而對于復雜的三維幾何模型,則可以在Fluent Meshing中生成網格,它們和Fluent Solution都是可以無縫連接的。
如果做流固耦合,則很有必要掌握ANSYS Meshing。
如果對分塊網格有執念,去耍ICEM CFD吧,不過我還是建議直接SCDM,雖然SCDM做分塊網格沒有ICEM CFD那么多。
如果要做旋轉機械建模,可以試試DM。
幼兒園小朋友才做選擇呢,成年人一般選擇全都用,想用哪個用哪個,哪個用著順手就用哪個~
(完)
文章來源:CFD之道
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