CFD網格生成
關注創建者：Oler 創建時間：2019-05-03
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CFD網格生成的實例教程
背景
計算域的網格劃分數量和質量是影響仿真結果準確性的最重要的影響因素之一。ICEM CFD軟件能提供強大的網格劃分功能。主要體現在其對非結構化四面體網格和結構化六面體網格的處理上。
對計算域進行網格劃分后，就可以采用CFD軟件進行計算域的計算分析了。針對不同的工程流體流動問題，CFD仿真技術提供了更快捷、全面的解決方案，CFD技術與實驗測量和理論分析相比，成本低、耗時短、獲得流場中的數據更加容易，可以做到對工程問題的快速反應，從而迅速提出解決方案。Fluent是用于模擬流體流動和熱傳導的計算機程序，在天氣預報、汽車工業、化學工業、能源工程、航空航天等各個領域得到了廣泛的應用。為讓廣大分析人員熟練掌握這兩個工具快速解決計算流體力學實際工程問題。特舉辦《ICEM CFD流體網格生成及Fluent流場分析應用》培訓。詳情請參見第四部分“內容大綱”。
時間地點
時間：2019年4月12日-4月15日（第一天報到，授課3天）
地點：四川*成都
主講專家
該課程講師，博士畢業于西南石油大學機械工程專業，研究方向為有限元仿真技術研究及應用，具有多年的計算流體動力學數值仿真分析經驗，涉及領域主要包括多相流分析，流固耦合分析，燃燒熱及反應流分析，動網格技術等等。發表學術論文20余篇，其中SCI收錄論文4篇，授權專利2項。
內容大綱
報名費用
標準費用：3980元/人，食宿可統一安排，費用自理。
展開 流體計算（CFD）前處理網格劃分就存在這個問題。下面介紹8款目前流行的CFD網格劃分軟件.
1 常見網格劃分工具
當前市面上有形形色色的網格生成軟件，這里列舉一些最常見的網格軟件。
ANSYS ICEM CFD
ICEM CFD如今是ANSYS軟件中的一個前處理模塊，在早些年（2002）ICEM CFD還不屬于ANSYS，自從被ANSYS收歸旗下之后，ANSYS就將其作為主打前處理軟件對待，后來收購了CFX軟件，ANSYS果斷放棄了CFX原有的前處理模塊（CFX-Build，一款以Patran為基礎開發的CFD前處理模塊），從CFX被收購后的第一個版本（CFX5.7)起，ICEM CFD就被作為CFX的御用前處理器。而在2005年ANSYS收購FLUENT后，ANSYS更是逐漸淡化GAMBIT作為FLUENT的前處理器作用，轉而將ICEM CFD作為FLUENT的前處理器，同時在ANSYS14.5版本之后，將ICEM CFD作為Workbench中的模塊（之前一直作為獨立軟件包）。如今ICEM CFD已經作為ANSYS CFD軟件的前處理器。
總體來說，ICEM CFD是一款功能全面的CFD網格生成工具。其不僅支持block形式的六面體網格，還支持生成四面體，五面體(金字搭)，三棱柱，笛卡爾網格等形式的網格，足以應對任何復雜程度幾何模型的網格生成工作。
ANSYS Mesh
這其實是ANSYS Workbench的網格模塊，為ANSYS Worbench中的求解器（結構、電磁、流體等）提供網格。隨著ANSYS版本的更新，該模塊的網格生成功能也日益強大。據說該模塊在不斷的吸收GAMBIT、ICEM CFD及TGrid（都是ANSYS收購的軟件）的網格生成算法，按照ANSYS的發展策略，可以預測將來ANSYS將會以此模塊作為主打網格生成器。
展開 計算流體力學（CFD）是如今發展規模較大、系統較為完善的學科。在現代CFD 中，網格生成往往要占據整個計算周期人力時間的60％左右，而且網格質量的好壞直接關系到計算結果的精度，隨著高精度、高分辨率格式的提出，計算格式對網格質量的要求越來越高。
同時利用CFD仿真分析的場景也越來越多，建模所需的網格越來越精細，工程師們需要花費更長的時間和更多的計算資源來完成這項工作。
運輸機構型計算網格
隨著CFD 應用復雜度的增加，人們逐步意識到網格生成的局限性嚴重制約了復雜外形的數值模擬能力，開始投入很大精力開展網格生成技術研究，而其中利用HPC并行處理CFD的網格劃分是目前盛行且有效的方式之一。
無需大內存的支撐
速度不是限制大規模網格的唯一因素，對于過去而言，創建這些網格需要大量的內存支撐。在單個核心上對幾何體進行網格劃分可能會使核心的RAM被幾億個單元格所占據（現在大規模的網格基本超過10億單元格）。大型CFD網格往往需要大量內存的支撐，如今在這一方面取得了很大的進展。
機翼大規模網格
并行網格劃分將問題分布在多個核心上，每個核心都有自己的一組RAM。當在多個核上完成網格劃分時，每個核心的RAM要求會降低。
例如，工程師在創建幾何防水工作流程時，無需多次對現實生活中的工業案例進行網格劃分，節省了許多內存資源。
展開 CFD-各種面網格生成方法
面網格是非結構網格劃分的基礎，在生成體網格之前，擁有質量良好的面網格是非常有必要的。ICEMCFD提供了多種面網格生成方式，它們各自適用于不同的場合。靈活運用這些方法，可以使面網格劃分工作事半功倍
依次單擊Mesh→Global Mesh Setup→Shell Mesh Parameters,可打開面網格設置面板，如圖1所示。
ICEM CFD提供了5種面網格劃分方法，其各自特點及適用場合介紹如下。
0
1
Patch Dependent
該方法基于構成幾何表面的曲線環來生成網格，適合于捕捉幾何表面的細節特征，能夠生成高質量的四邊形占優的面網格。此方法為ICEM CFD提供的默認面網格生成方法。由于此方法高度依賴于幾何特征線，因此在使用此方法之前需要進行幾何拓撲構建。
展開 為了解決這個問題，CradleCFD V2024.2開發了一種不需要STL的CFD網格生成新方法。通過利用nTop中的隱式表示并將其與scSTREAM的CFD網格技術相結合，實現了快速CFD分析。
在對具有陀螺晶格結構的鋁冷板進行CFD分析的應用案例研究中，使用新方法將CFD網格生成所需的時間從之前使用傳統方法需要260分鐘縮短到12秒。更重要的是，這種新方法通過CFD分析對晶格結構進行了設計探索，從而得出了最佳形狀，實驗證實，在相同的壓力損失下，與傳統的M形通道相比，冷卻性能提高了30%。當應用于電動汽車IGBT時，這項技術有望有助于電機小型化、提高能效和減少二氧化碳排放。
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講解包括Fluent完整的前處理網格劃分模塊、高精度的求解器、強大的后處理功能，通過案例實操，講解專業的CFD網格生成工具Fluent Meshing，幫助學員掌握Fluent軟件操作及在Ansys Workbench中的界面操作。
三維機織復合材料簡介
三維機織又稱2.5D，和平面機織材料相比，它的經紗可以穿越厚度方向的其他層，上下交織，經緯互鎖。
這種結構本質上還是由經緯兩組紗構成，但是又具有了厚度方向紗線，因此稱2.5D。
這種結構的好處就是經緯互鎖，層層交聯，抗分層特性好。
層合板確實容易分層，但是成型前層層不相干，實際制造中逐層鋪貼過程可以讓樹脂和纖維充分浸潤。或者直接每層制成預浸料
上一期提到，最近解決了纖維軌跡到三維網格生成技術。
熟悉我們號的朋友應該也發現了，如果說“靜界有限元”有什么特色的話，那一定是圍繞工程問題，具有系統性的解決方案和配套技術。我們在仿真、試驗的同時，長期致力于各種配套軟件工具的開發，做一個東西對應開發一套軟件，讓其他人也能用。
很多事的根源，都要追溯到開頭。開頭是怎么開的，很大程度會影響一個人的后續職業生涯。
ICEM結構化網格重構攪拌釜CFD工作流10個月前
摘要：
攪拌釜仿真是優化化工設備性能的關鍵手段，能顯著降低實驗成本并指導設計改進。其中，采用ICEM劃分的高質量結構網格對仿真精度起決定性作用：結構化網格的規整拓撲特性可精確捕捉攪拌區復雜渦流，確保流場計算結果可靠性；其邊界層控制能力還能有效模擬近壁面湍流特性。若網格質量不足，易導致數值擴散或收斂困難，使仿真結果偏離實際物理現象。因此，ICEM生成的高質量結構網格是獲得準確攪拌釜仿真數據的重要基礎
AI網格
針對傳統CFD仿真中網格生成耗時長、對專家經驗依賴度高等痛點，AICFD創新性地推出了AI網格功能。
用戶只需生成基礎網格，AICFD即可通過流場解驅動的智能網格加密技術捕捉流動特征，并采用智能幾何保形技術確保網格加密嚴格遵循幾何邊界，實現網格生成的一鍵式操作。
而且，對于復雜形狀和特殊性質的顆粒，CFD 在網格生成和特性考慮上困難重重，容易引入數值誤差。
與 CFD 不同，DEM 專注于顆粒材料行為模擬。它把每個顆粒當作離散個體，跟蹤其位置、速度和旋轉狀態，通過一系列力定律模擬顆粒間的相互作用。
Fig 1:增材制造設計中的CAE工作流程
Part.04
開發無STL的CFD網格生成技術
海克斯康Cradle CFD開發了一種不使用STL網格生成CFD網格的新方法。該方法中使用的工具是用于建模的nTop和用于CFD分析的Hexagon Cradle CFD scSTREAM。以下簡要概述了它們各自的特點。
DEIP是一個田納西大學土木工程學院開發的一個應用于MATLAB/Octave的插件，用于將零厚度界面元素插入二維和三維有限元網格。底層算法基于拓撲，適用于混合類型線性和二次元素的復雜非結構化網格。插入是根據整個分析域內的區域或子域指定的。
支持的單元類型包括：
同時該插件目前支持多種有限元軟件的導入格式：
使用效果如下：
也可以應用于多晶界面行為研究：
該案例重點關注用于計算流體動力學 (CFD) 模擬的動脈瘤網格劃分。流體模擬的網格是使用 ANSYS ICEM-CFD 工具生成的。其中包括 ICEM 文件以及 Fluent 和 CFX 的 CFD 網格文件。
該案例重點關注用于計算流體動力學 (CFD) 模擬的動脈瘤網格劃分。流體模擬的網格是使用 ANSYS ICEM-CFD 工具生成的。其中包括 ICEM 文件以及 Fluent 和 CFX 的 CFD 網格文件。
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