路線圖的幾何建模和網格生成領域包含固定和自適應網格劃分兩個元素，包括實現與CAD軟件更緊密耦合的里程碑，以及從2020年之前開始添加到CFD代碼的生產級自適應網格細化。

未來的里程碑包括2021年的大規模并行網格和2030年的自動化自適應網格。考慮到該研究將幾何建模和網格生成置于自主可靠的CFD模擬的中心位置，這些技術領域的進步對于實現愿景至關重要。

網格生成

固定網格是一種使用預定義的網格單元來覆蓋整個模擬區域的方法，這些網格單元通常是正方形或立方體。該方法的優點是簡單易懂，容易實現和優化。但是，固定網格可能需要大量的網格單元才能表示具有復雜形狀的模型，這會導致計算和存儲成本的增加。

自適應網格則是一種根據模擬需要，在特定區域內動態創建和刪除網格單元的方法。在自適應網格中，高分辨率的網格單元可以用于需要更精細的解決方案的區域，而低分辨率的網格單元則可以用于不需要精細解決方案的區域。這種方法可以更好地逼近復雜的幾何形狀，并減少計算和存儲成本。但是，自適應網格的實現較為復雜，需要更多的計算資源和算法支持。

高階曲面網格是近年來固定網格研究的熱點。

固定網格研究的總體趨勢是通過新技術解決特定的魯棒性或質量問題，支持特定的單元類型和拓撲，或網格策略。作為后者的一個例子，日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）實現了一種重新網格策略，該策略被證明有助于快速改變幾何模型。

SMD方法可以有效地提高凹角處的網格質量

由8個分區著色處理器生成的6100萬單元F22戰斗機網格

基于解決方案的網格自適應過程

近年來，對于復雜邊界表示(Boundary REPresentation)特征、表面曲率和底層表面參數化，初始和適應性網格生成的自動化程度有所提高。NASA、波音等也在持續推進自適應非結構網格方法的驗證。研究表明，相較于固定網格，自適應網格能夠大大減少人工成本。

一些非傳統的外部空氣動力學求解器，如CONVERGE和Cart3D，也在繼續發展高性能的笛卡爾切割單元方法來適應網格細化。

某型發動機的快速笛卡爾網格生成算法

幾何建模

幾何建模被提議作為2020年路線圖中的新元素。這是因為航空工程界有了同時獲取多種形式幾何模型的需求。這些需求在一些商用軟件中出現了越來越頻繁的應用。一個例子是最新版本的PTC Creo 加入了拓撲優化工作流程。

盡管商業MCAD軟件無法以高級CFD應用程序所需的方式提供對底層幾何模型的訪問，但依然愿意推進定制幾何建模系統的能力。例如，CREATETM Capstone （一個網格生成和幾何建模工具）已經納入了改進的B-Rep模型生成和修復功能。

CREATETM Capstone的幾何修復功能

此外，Geode幾何核心和相關MeshLink網格 - 幾何關聯性的開發提供了一個虛擬拓撲界面，使B-Rep模型更適合進行網格劃分。Geode 項目是 Pointwise 根據 NASA CFD Vision 2030 研究中發現的缺乏幾何建模方式而推出的工具，是第四代的實體建模和幾何內核，使用C++編寫，可在Windows、Linux和Mac上運行。而MeshLink庫提供了一個開放的、幾何核心中立的框架，用于網格幾何關聯。該庫使用C++面向對象編程模型編寫，但也提供了C、FORTRAN和Python 3版本。

相較于構建自己的B-Rep幾何建模內核，大部分研究人員，特別是參與多學科研究的人員，更傾向于利用商業CAD建模系統，因為其包含豐富的、基于特征的參數化建模能力、與當代工業基礎設施的兼容性等特性。

許多幾何內核存在的問題之一是它們最初并不是為在HPC或分布式環境中運行而設計的。這種限制有兩個方面。首先，大多數僅支持順序執行進行構建和查詢。其次，很多都是以CFD工作流之外的軟件來實現（可能由于許可約束或在不同的硬件或操作系統上運行）

針對上述限制已經出現了各解決措施，例如網格和幾何數據庫的使用。一些研究人員定制幾何內核的開發從一開始就考慮了高性能計算操作的需求。例如，由MIT推出的EGADSlite，一個用于高性能計算的輕量級幾何內核。

一些組織開始尋求替代幾何建模的技術，例如作為端到端并行模擬工作流一部分的基于空間占用的技術。

文章來源：基算仿真