多面體網格的案例
多面體網格介紹polyhedral element
1 多面體網格定義
現代工程仿真，都是各種數值計算。網格（mesh）作為空間離散（spatial discretization）的一種方式，在結構、流體、電磁等涉及三維空間的仿真中廣泛運用，將復雜的曲面（例如汽車表面）分割為若干個較為簡單規則且方便計算的部分，即單元（element）。
圓環面被離散為若干個三角形單元（基于HyperMesh自制）
單元根據空間維度和幾何形狀，包括以下類型：
面單元（三角形、四邊形、多邊形）
體單元（四面體、六面體、多面體、三棱柱、四棱錐）
所謂多面體網格，是指在網格中存在多面體單元。多面體單元（polyhedral element）定義為其至少一個表面是多邊形，其中多邊形（polygon）要求為至少是五邊形。
多面體網格表面（基于Fluent自制）
2 CFD仿真的應用
基于有限體積法的CFD仿真是多面體網格的主要應用領域，目前主要CFD軟件（ANSYS Fluent、西門子Star-CCM+、OpenFOAM等）均支持使用多面體網格。多面體網格在CFD應用中，主要分為兩類：純多面體網格和多面體-六面體混合網格。兩者主要區別為，在遠離邊界的核心區域，是用多面體還是六面體單元。
純多面體網格（
基于Fluent自制）
多面體-六面體混合網格
（
基于Fluent自制
）
由于相對于其他類型網格有諸多優點，目前多面體網格為CFD仿真的主流網格形式。
優點1：網格劃分效率高
多面體網格劃分的人工操作較少，可顯著提高網格劃分的效率，將主要精力用于問題分析、結果評判等以人的思考為主的事項上。
展開 [轉]多面體網格的優勢
甚至在邊部和角部，多面體網格通常也會有多個鄰居單元，這樣可以正常計算梯度和局部流動分布。當然鄰居控制體越多，需要內存和每個網格上計算量越大，這些可在精度上得到補償。
首先多面體網格對拉伸不像四面體網格那樣敏感。智能的網格生成和優化技術提供很多實現手段：通過引入點，線和面，控制體能自動合并、分割、修改。確實，未來網格質量的顯著提高，會帶來求解器速度和精度的提高。另外，以前基于四面體網格求解器中需要特殊處理的，采用多面體網格后不再需要特殊處理了,例如基于局部網格加密，滑移網格分界面，循環邊界可能需要特殊的多面體處理，但是對求解器本身是完全相同的。
多面體網格尤其適用于處理回流問題。測試表明在頂蓋驅動流要達到一定精度，需要的多面體網格數量甚至比六面體網格還少。這種現象可這樣解釋：對于六面體網格,它有三個流動方向可能導致最大的精度，而對于有12個面的多面體網格由于它有更多的鄰居單元，存在6個最優的方向，這樣可能采用更少的網格就能取得更高的精度。更詳細的對多種網格對比的例子可參考Peric的文章：M. Peric: Flow simulation using control volumes of arbitrary polyhedral shape, ERCOFTAC Bulletin, No. 62, September 2004
通過很多例子比較可知，采用多面體網格，相比于四面體網格，只需要1/4網格量，1/2的內存,1/10的計算時間就能得到相同的計算精度，此外收斂性能更好，而且通常不需要調整求解器的參數。
圖中是發動機中水套的例子，分別采用6層多面體和6層四面體網格，多面體網格數是21872 到593888，四面體網格是39587到2322106，所有情況在壁面都采用棱柱層網格。
展開 如何應用ANSA軟件快速生成多面體網格
多面體網格主要應用于流體分析中，相對于其它類型的網格來說，最大的優勢在于其能大大減小網格數量，這對于網格數量十分巨大的流體分析是很有意義的。
目前，多面體網格暫時不能利用工具直接由幾何模型生成，需要由其它類型的網格轉化生成，在生成四面體/或棱柱網格的3D網格的基礎上，利用相關工具進行轉化。
需要注意的是：六面體網格不能轉化為多面體網格。
本文轉載自：有限元在線 微信號：FEAonline_CAE
展開 基于PARAVIEW的八叉樹/多面體單元可視化
概述：獲得八叉樹/多面體單元的節點信息之后，編程將其輸出為VTK文件，在PARAVIEW平臺進行可視化。
（）cook板
沒有在邊界進行加密的八叉樹網格三維視圖
沒有在邊界進行加密的八叉樹網格剖面圖
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在邊界進行加密的八叉樹網格三維視圖
在邊界進行加密的八叉樹網格剖面圖
沒有在邊界進行加密的多面體網格三維視圖
沒有在邊界進行加密的多面體網格剖面圖
在邊界進行加密的多面體網格三維視圖
在邊界進行加密的多面體網格剖面圖
（）八分之一空腔球
沒有在邊界進行加密的八叉樹網格三維視圖
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沒有在邊界進行加密的多面體網格三維視圖
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在邊界進行加密的多面體網格剖面圖
展開 
大自然的鬼斧神工——CFD網格那些事兒
（這也是奧運場館水立方的解決方案）
根據這三個好玩的理論，在相同的模擬精度要求時，采用多面體網格可以大幅減小網格數量，并且因為單元之間具有較多的接觸面（12或14個），對梯度信息插值和局部流動信息分布的預報更加準確。
具體在計算過程中，該采用哪一種網格，與個人愛好、實際物理情形等眾多因素有關，小編從自己的經驗和從讀到的文獻，對三種網格（四面體網格、六面體網格、多面體網格）做簡單的對比，不權威，歡迎交流和拍磚。
首先，從生成方式看，六面體網格全是手動，這不是劃分網格，而是在進行藝術創作。以ICEM CFD為例，要在一個方形的大石頭中雕刻出自己的模型，還要惟妙惟肖，栩栩如生。這個過程對于初學者來說，需要極大的耐心和恒心，對自己常用的模型要多次嘗試，熟稔于心之后才能信手拈來。但是看到成果之后，你就覺得所有的付出都是值得的。而四面體網格和多面體網格則可以由軟件自動生成，只要設置好參數，其他的就交給軟件了，這里經驗的作用更大一些。
第二，從網格數量看，根據文獻，要達到相同精度的模擬，需要的四面體網格數量是最多的，大概是六面體網格和多面體網格的4-6倍。但是四面體網格的生成效率是最高的。多面體網格，一般都是從四面體網格轉化得到；對于局部加密來說，結構化網格因為要滿足節點的對應關系，會在不需要的區域也進行加密，從而增加計算量，不如非結構網格來得便捷。
第三，從計算精度和收斂性能看，六面體網格通常具有更好的計算效率和精度，四面體網格相對較差。多面體網格，因為單元之間具有更多的接觸面（一般為12或14個，而六面體為6個，四面體為4個），因此，能得到更多的插值信息，具有更快的收斂速度，并且對于強漩渦流（strong swirl）的模擬具有更明顯的優勢，但對于外流場的計算還有待進一步確認。
展開 硬核干貨—詳解網格對CFD結果的影響
另一方面，四面體網格處于邊界時，即使只有一個面在邊界上,其它三個鄰居控制體上的分布也可能不合理，更不用說邊部或角部的鄰邊界控制體，它可能只有一個或兩個內部的鄰居控制體，這會引起嚴重的數值計算問題，更不用談精度了。而多面體鄰居單元較多，即使在邊部和角部，多面體網格通常也會有多個鄰居單元，能更精確地計算控制體的梯度，這樣可以正常計算梯度和局部流動分布。
總體來說多面體網格通量計算比四面體更加準確，因而就不會花更多的迭代次數去修正通量，從而收斂速度加快。并且通量計算得更準確，通量計算殘留的誤差也就更小，收斂殘差曲線也會更低。
四面體網格
多面體網格
7 網格劃分的最佳實踐
通過以上分析，我們畫網格時，需要控制網格的扭曲度和體積增長率，建議的扭曲度最大為85都，體積增長率最大為1.3。
在建立網格時，我們一般會遇到下列一些問題：
1、網格尺寸如何設置。
2、邊界層又怎么設置。
3、網格加密如何設置。
這里以建立圓柱繞流網格為例，來說明網格建立時遇到的問題，以及如何解決。
圓柱直徑為10mm。
建立圓柱繞流網格時，第一個遇到的問題就是網格類型，由于圓柱繞流存在周期性脫離的漩渦，而漩渦的方向未知，因此這里選擇非結構多面體網格。
接著就是確定基本尺寸，基本尺寸如何確定，一般來說，基本尺寸等于模型的特征尺寸，這樣的網格是可接受的，基本尺寸越小，對幾何的保真度越高，這里將基本尺寸設為0.001m，以保持對圓柱較高的保真度，如下圖。
在靠近圓柱區域，會產生流動邊界層流動，因邊界層內流動方向是已知的沿圓柱切線方向，這里多面體網格就沒有結構化網格好，因此需要建立邊界層棱柱網格。
展開 大自然的啟示——網格那些事兒
（這也是奧運場館水立方的解決方案）
根據這三個好玩的理論，在相同的模擬精度要求時，采用多面體網格可以大幅減小網格數量，并且因為單元之間具有較多的接觸面（12或14個），對梯度信息插值和局部流動信息分布的預報更加準確。
具體在計算過程中，該采用哪一種網格，與個人愛好、實際物理情形等眾多因素有關，小編從自己的經驗和從讀到的文獻，對三種網格（四面體網格、六面體網格、多面體網格）做簡單的對比，不權威，歡迎交流和拍磚。
首先，從生成方式看，六面體網格全是手動，這不是劃分網格，而是在進行藝術創作。以ICEM CFD為例，要在一個方形的大石頭中雕刻出自己的模型，還要惟妙惟肖，栩栩如生。這個過程對于初學者來說，需要極大的耐心和恒心，對自己常用的模型要多次嘗試，熟稔于心之后才能信手拈來。但是看到成果之后，你就覺得所有的付出都是值得的。而四面體網格和多面體網格則可以由軟件自動生成，只要設置好參數，其他的就交給軟件了，這里經驗的作用更大一些。
第二，從網格數量看，根據文獻，要達到相同精度的模擬，需要的四面體網格數量是最多的，大概是六面體網格和多面體網格的4-6倍。但是四面體網格的生成效率是最高的。多面體網格，一般都是從四面體網格轉化得到；對于局部加密來說，結構化網格因為要滿足節點的對應關系，會在不需要的區域也進行加密，從而增加計算量，不如非結構網格來得便捷。
第三，從計算精度和收斂性能看，六面體網格通常具有更好的計算效率和精度，四面體網格相對較差。多面體網格，因為單元之間具有更多的接觸面（一般為12或14個，而六面體為6個，四面體為4個），因此，能得到更多的插值信息，具有更快的收斂速度，并且對于強漩渦流（strong swirl）的模擬具有更明顯的優勢，但對于外流場的計算還有待進一步確認。
展開 利用STAR CCM+為FLUENT準備網格 附star ccm+基礎培訓教程
其不僅具有完善的流體解析功能，還包括幾何創建及網格生成功能。STAR CCM+的長處在于多面體網格的生成及求解上，FLUENT支持多面體網格的轉化及計算。采用多面體網格進行計算，在擁有相同計算精度的同時，網格數量要遠低于四面體網格，因此采用STAR CCM+為FLUENT生成多面體網格，是非常好的一種做法。（關于多面體網格的一些說明，可以上CD-Adapco官方網站。目前FLUENT僅支持將四面體網格轉化為多面體網格，而ICEM CFD、GAMBIT、Mesh、Tgrid等軟件均不支持多面體網格生成）
下面以一個簡單實例描述利用STAR CCM+生成FLUENT能識別的網格的過程。
1、啟動STAR CCM+
啟動STAR CCM+，在3D-CAD中創建幾何或導入幾何模型。如下圖所示。
2、劈分邊界，并重新命名邊界
利用split by angle對幾何體進行分割。切分后的Body節點下內容如圖所示。
在Body2節點上點右鍵，選擇Assign to Regions，彈出如下圖所示對話框，選擇Create a Boundary for Each Part Surface，點擊Apply確認操作。
樹形菜單Region節點下的內容如圖所示。
3、選擇Mesh模型
在樹形菜單Continue節點上點擊右鍵，選擇菜單【New】>【Mesh Continuum】。
樹形菜單會生成新的節點Models，在該節點上點擊右鍵，選擇菜單Select Meshing Models…，彈出網格模型選擇對話框。如下圖所示，選擇Polyhedral Mesh及Surface Remesh。點擊Close按鈕關閉對話框。
4、設置網格參數
在下圖所示節點中設置網格參數。（這里不詳細描述。
展開 基于全多面體網格的無人機復雜裝配體流場建模——Fluent Meshing精細劃分技術實踐 ￥19.89
特別在機翼-襟翼交接面等運動機構區域，需通過Face Zone建立交界面，設置1:1的網格過渡比例確保后續計算的連續性。
網格尺寸控制是提升計算精度的關鍵環節。在Size Function中設置全局基礎尺寸為機翼弦長的1/20（約15mm），針對機翼前緣（曲率半徑2mm）、翼梢小翼（高度50mm）等特征區域，啟用曲率自適應加密功能，設置最小單元尺寸0.5mm，曲率法向增長率1.2。
邊界層網格構建時，在機翼表面設置5層棱柱層，首層高度0.01mm保證Y+<1，膨脹比1.2，總厚度占邊界層位移厚度的80%，該設置能精確捕捉翼型表面的流動分離現象。
最終體網格生成階段采用Poly網格類型，在機翼表面10mm范圍內生成多面體邊界層，邊界層區域使用棱柱層主導網格。
針對展弦比達8的細長機翼，開啟Aspect Ratio Control將最大長寬比限制在25以內。完成約65萬網格生成后，通過Mesh Quality檢查模塊驗證正交質量（Orthogonal Quality>0.15）、面網格增長率（<1.5）等指標，對診斷出的0.05%負體積單元采用Smooth工具進行局部重構。
本案例生成的網格在3°-15°攻角范圍內均能穩定收斂，翼尖渦結構分辨率達到λ2準則的識別要求，為后續氣動特性分析奠定了可靠的數值基礎。
如需獲得操作視頻、幾何模型文件、網格文件等，請購買并下載。
展開 CFD網格你應該了解的常識 附精通CFD動網格工程仿真與案例實戰下載
長寬比應該小于100
3.網格的尺度
這里指的是臨近網格的網格尺度不應該差的太多，所以要求大尺度網格和小尺度網格應該光滑過度，比例一般是1.5-2.而且應該做網格自適應網格加密。
非結構網格和結構網格
看過很多論壇在討論網格應該劃分結構網格還是非結構網格。其實小編就像說一句，如果懶就去畫非結構網格，如果不懶就去劃分結構網格，畢竟分塊是一個很浩大的工程...
這里再講一下非結構網格和結構網格的區別：
1.非結構網格有四面體網格和多面體網格，四面體網格相對于多面體網格插值快，但是相當于六面體插值慢，所以六面體網格的計算速度快。
2.非結構網格的適應性好，很多復雜的模型是只能劃分非結構網格的，當然如果你足夠有耐性有技巧，分塊做結構網格也是可以實現的。但是對于某些特定的東西，比如模型的尺度相差很大的，比如油膜，你只能去做結構網格了，非結構網格根本滿足不了，因為映射會是亂的。
3.如果你的網格和你的流動方向一致的話，六面體網格所帶來的數值耗散會比四面體/多面體網格好的多。
4.如果流動方向和網格方向不一致的話，那么兩者的數值耗散是差不多的。
5.六面體網格更能實現網格控制。
下載地址：精通CFD動網格工程仿真與案例實戰
展開 STAR-CCM+新一代并行多面網格劃分技術 附Star CCM+中文教程文檔下載
十四年來，自動化生成高質量的多面體網格一直是Simcenter STAR-CCM +的關鍵優勢，從而減輕了手工網格的負擔。借助SimcenterSTAR-CCM + 2020.1中的下一代并行多面體網格劃分器，可以比以前更快地創建具有邊界層的高質量工業全多面體網格劃分。
1
效率
下圖展示了SimcenterSTAR-CCM + 2020.1中一組工業用例的多面網格劃分的劃分性能。生成的所有網格都是具有邊界層的高質量全多面體?，F在，六千萬-七千萬網格的案例的劃分速度提高了30-45倍，而對于6700萬工業設備用網格，在256個內核上，當前的記錄速度提高了44倍。對于這種情況，每分鐘創建620萬個網格，這意味著可以在不到11分鐘的時間內創建完整的6700萬個高質量、帶有邊界層的工業級多面體網格，也不過是喝一杯咖啡的時間。
2
一致性
網格的一致性是仿真結果的關鍵，在新一代并行技術下在32/128/256 /…內核上創建的網格與串行創建的網格結果非常相似，有很好的一致性。這在以下方面得到了證明：在一組17個工業案例中，與串行生成的網格數量相比，其中13個案例在不同的核數并行范圍內生成的總網格數量差異小于0.1％，其余算例顯示網格變化小于0.9％。
下面的網格一致性示例是對直升機的空氣動力學進行模擬。
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CFD網格你應該了解的常識
其實小編就像說一句，如果懶就去畫非結構網格，如果不懶就去劃分結構網格，畢竟分塊是一個很浩大的工程...
這里再講一下非結構網格和結構網格的區別：
1.非結構網格有四面體網格和多面體網格，四面體網格相對于多面體網格插值快，但是相當于六面體插值慢，所以六面體網格的計算速度快。
2.非結構網格的適應性好，很多復雜的模型是只能劃分非結構網格的，當然如果你足夠有耐性有技巧，分塊做結構網格也是可以實現的。但是對于某些特定的東西，比如模型的尺度相差很大的，比如油膜，你只能去做結構網格了，非結構網格根本滿足不了，因為映射會是亂的。
3.精通CFD動網格工程仿真與案例實戰文檔下載如果你的網格和你的流動方向一致的話，六面體網格所帶來的數值耗散會比四面體/多面體網格好的多。
4.如果流動方向和網格方向不一致的話，那么兩者的數值耗散是差不多的。
5.六面體網格更能實現網格控制。
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版權聲明：本文為CSDN博主「跟我學」的原創文章，遵循CC 4.0 BY-SA版權協議，轉載請附上原文出處鏈接及本聲明。
原文鏈接：https://blog.csdn.net/m0_69812751/article/details/125309458
展開 工業技術之美—流體分析的網格
卻是ANSYS當之無愧的當家，對于較為復雜的工程問題具有很好的處理能力，同時它是結構仿真與流體仿真公用的一款專用前處理工具，可以自動生成原先需要專業知識才能生成的復雜網格，并且對于復雜裝配體可以自動檢測接觸區域，特別的，適合大規模模型（裝配體）的處理。
流體分析無往不勝的利器：Fluent meshing
對于結構特別復雜，十分“臟”的幾何，往往讓工程師花費大量的時間在前處理上，幾乎占據了整個仿真分析流程的60%左右的時間，因此高效的處理這些“臟”幾何，復雜的工程幾何變得十分重要。Fluentmeshing對于比較“臟”的幾何提供了強大快速的處理方法“wrapper”生成面網格?！皐rapper”特點用“一張蒙皮”包絡出外表面或者在結構內部用“一個氣球”膨脹出內部邊界，可以自動處理間隙、重疊等幾何缺陷，過濾掉不必要的幾何細節，修補大的孔洞。
此外還可以通過join/intersect合并網格，處理交叉面網格，通過Thin Volume生成氣隙棱柱網格。
多面體網格功能，把12個四面體可以合并為1個多面體網格，可以大大減少網格量，提高計算精度。多面體網格的最大的優點是它有很多鄰居單元（通常為10），所以能更精確地計算控制體的梯度(采用線性分布和利用最近的鄰居單元即可)。甚至在邊部和角部，多面體網格通常也會有多個鄰居單元，這樣可以正常計算梯度和局部流動分布。當然鄰居控制體越多，需要內存和每個網格上計算量越大，這些可在精度上得到補償。
Fluent meshing已經和Fluent求解器完美集成在一起，成為Fluent“御用”求解器。對于復雜或者“臟”幾何，Fluent meshing是高效的無往不利的工具。
針對不同的應用場景，選擇不同的工具，往往能夠讓我們的工作事半功倍。
展開 starccm+網格類型及網格劃分技巧
本文章將談談starccm+中網格類型，大家可能比較熟悉常見多面體（Polyhedral Mesher）、四面體（Tetrahedral Mesher）、切割體（Trimmed Mesher）等網格類型。今天就來聊聊starccm+中所有網格類型及適用場合。最后再給大家分享一下劃分網格使用技巧，絕對驚喜，幫助大家提高網格劃分效率。下表總結了當前在基于零件（Parts-based meshing）和區域（Regions-based meshing）的網格劃分中可用的網格劃分器。
網格（mesher）
解釋描述
Surface Remesher
對原始面網格進行細化以提供合適CFD的優質離散網格
Polyhedral Mesher
生成由多面體單元組成的體網格。
多面體網格適用于：傳熱、旋流、復雜流動
Tetrahedral Mesher
生成由四面體單元組成的體網格。
Trimmed Mesher
通過切割具有幾何表面的六面體模板網格來生成體網格。
切割體網格適用于電子散熱、外部流動
Prism Layer Mesher
在壁面附件添加棱柱單元層，能獲得邊界層內粘性和熱梯度。
Advancing Layer Mesher
創建體網格，該網格由壁面附近的棱柱形單元層和其他地方的多面體網格組成。網格物體在壁面上創建表面網格并將其投影以創建棱柱形單元格圖層。
Extruder Mesher
從其中一個由核心體網格劃分器的網格邊界生成拉伸網格區域。
Thin Mesher
為薄幾何體生成棱柱分層體積網格。
展開 全新體驗的Fluent Meshing | 在燃氣渦輪中的應用
使用SCDM進行渦輪內冷流道抽取并進行拓撲共享
2、基于Ansys Fluent Meshing進行網格劃分
2019年全新推出的Ansys Fluent具有高效、高質量網格劃分能力，非常適合于仿真工程師處理氣冷渦輪葉片網格劃分問題。
基于單一操作樹、可定制化、可復用的網格生成操作流程：全新的Fluent Meshing可在單一操作界面操作樹中一站式完成幾何結構導入、面網格劃分、邊界條件預定義、計算域識別和抽取、邊界層網格設置和體網格劃分等操作。
全新Fluent Meshing集成式網格生成操作界面
高質量多面體Mosaic網格：全新Fluent Meshing包含Mosaic多面體網格和Poly-Hexacore多面體+六面體網格，多面體網格具有生成效率高、適應性好等優點，特別適合于氣冷渦輪葉片這類包含氣膜孔、冷卻流道等復雜幾何結構、小型曲面、幾何特征尺寸跨度大的問題。
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