計算網格的合理設計和高質量生成是 CFD 計算的前提條件，而且網格生成仍然是最占人力時間的一部分。一套劃分良好的網格是CFD解決問題的關鍵。劃分網格，用學術的語言就是將空間中，特定外形的計算區域,按照拓撲結構劃分成需要的子區域，并確定每個區域中的節點。生成網格的本質在數學上就是用有限個離散的點來代替原來的連續空間，之后將控制偏微分方程組轉化為各個節點上的代數方程組。

1）網格劃分的幾何要素

網格劃分結束后，可以得到大約6種幾何要素，如圖所示。

• Cell：單元體，由表征流體和固體區域的網格所確定的離散化的控制體計算域。

• Face：面，Cell 的邊界。

• Edge：邊，Face 的邊界。

• Node：節點，Edge 的交匯處/網格點。

• Block：塊，由一定數量 Cell 組成的特定區域。

• Zone:區域，可以是一組節點、面和單元體。

邊界條件存儲在Face中，材料數據和源項等存儲在Zone 的Cell 中。不同的網格劃分軟件，對幾何要素的控制力是不同的。另外，不同的格式對于幾何要素的把控也是不同的，有些軟件沒有 Block 這個概念，有些則不能處理多區域的網格。

2）網格形狀及拓撲結構

網格形狀種類眾多，每個軟件支持的網格形狀類型也不完全一樣，其中主要常用的有6種：三角形網格、四邊形網格、四面體網格、六面體網格、棱柱網格和金字塔網格。其中四邊形和六面體網格質量較高，計算精度較高，速度也快，三角形網格和四面體網格優點在于生成迅速，能更好地逼近實體模型的壁面，棱柱網格和金字塔網格更多的時候作為一種輔助性質的網格，實現四面體網格和六面體網格之間的連接。

從拓撲結構來分析，結構網格一般可以分為：O型、C型和H型，H 型拓撲結構適合于兩端都是尖截面的物體，如菱形截面的物體；C 型拓撲結構適合于一端是鈍頭而另一端是尖截面的物體，如錐形截面物體；O 型拓撲結構適合于兩端都是鈍截面的物體，如圓形或橢圓形截面物體。三維結構化網格的拓撲結構是以上三種形式的組合。對于復雜的外形部件，若采用單一的拓撲結構則不能生成較好的計算網格，要采用分區的方法，把流場空間分為幾個不同的區域，在子區內采用適當的拓撲結構來生成網格。

3）結構與非結構網格

計算網格按網格點之間的鄰接關系可分為結構網格、非結構網格和混合網格三種類型，如圖所示。

• 結構網格

  結構網格的網格點之間的鄰接是有序而規則的，除了邊界點外，內部網格點都有相同的鄰接網格數(一維是2個，二維是4個，三維是6個)。結構網格的數據按照順序存儲，其單元是二維的四邊形和三維的六面體，在拓撲奇點處可退化為二維三角形和四面體；結構網格同計算區域中流體的流動方向有很好的一致性，能夠較好地模擬壁面邊界層、激波和自由剪切層等流動，其計算精度高于非結構網格。結構網格的優點：（1）網格的質量高；(2)網格生成的數據結構簡單；(3)網格生成計算時間短；(4)數值模擬時容易收斂；(5)網格容易實現區域邊界擬合。

• 非結構網格

  非結構網格點之間的鄰接是無序的、不規則的，每個網格節點可以有不同的鄰接網格數。常用的非結構網格包括：三角形網格、四面體網格和金字塔形網格。非結構網格則沒有自動隱含這種方便的索引結構，其每個單元都是一個相對獨立的個體，需要人工生成相應的數據結構以便對網格數據進行索引和查找，單元有二維的三角形、四邊形，三維的四面體、六面體、三棱柱和金字塔等多種形狀。非結構網格舍去了網格節點的結構性限制，節點和單元的分布是任意的，能較好地處理邊界，對于復雜的幾何外形具有很強的適應性。對于復雜的計算區域，非結構網格的生成速度要高于結構網格，但是對于相同尺寸的流場空間而言，要求達到相同的計算精度，非結構網格的網格數量遠遠大于結構網格，導致計算機內存和計算時間增加。非結構網格優點：(1)網格生成需要的人工時間少；(2)網格容易貼近壁面，擬合實體精確；(3)適用于外形過于復雜的實體；(4)對于一些未知方向的流動有更好的適應性。

• 混合網格

  混合網格是將結構網格和非結構網格混合起來布置，在一些對于正交性要求較高的地方采用結構網格劃分，而對于一些流動比較復雜和對正交性要求不是很高的區域可以采用非結構網格劃分。可以說混合網格的劃分將結構網格和非結構網格的優點都結合到了一起。混合網格優點：（1）網格生成需要的人工時間適中；（2）網格生成的質量較好；(3)適用于外形過于復雜的實體；(4)能較大限度地模擬流動的真實性。

文章來源：仿真之道