貼體網(wǎng)格
關(guān)注創(chuàng)建者：sjktzy 創(chuàng)建時(shí)間：2020-04-13
貼體網(wǎng)格的視頻教程
某三葉螺旋槳的混合網(wǎng)格劃分—基于Pointwise
使用Pointwise對某型三葉螺旋槳進(jìn)行混合網(wǎng)格劃分。 視頻從0開始，主要包括： 如何借助CATIA通過翼型曲線離散點(diǎn)自動生成槳葉幾何； Pointwise對槳葉幾何的幾何清理； Pointwise法向貼體網(wǎng)格的生成方法。 網(wǎng)格劃分的其他注意事項(xiàng)。
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貼體網(wǎng)格的實(shí)例教程
貼體網(wǎng)格就是緊挨著壁面畫出流體區(qū)域的網(wǎng)格，一般畫幾層六面體結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。由于靠近壁面區(qū)域的流場梯度較大，所以這些網(wǎng)格厚度要畫的適當(dāng)小些。這種方法處理的時(shí)候，計(jì)算精度較高；但是網(wǎng)格處理相對麻煩。
采用浸入邊界法進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，不對流固邊界附近的網(wǎng)格做特殊處理，而是用六面體網(wǎng)格進(jìn)行劃分。當(dāng)然對于局部流場梯度較大的區(qū)域（例如流固邊界處），也可進(jìn)行局部的網(wǎng)格加密處理。這種方法下網(wǎng)格處理及其簡單，而且計(jì)算精度也能得到一定的保障。
浸入邊界法最早由Peskin提出, 用于模擬血液在可收縮心臟瓣膜中的運(yùn)動。
浸入邊界法通過分布力源項(xiàng)到N-S方程中來處理復(fù)雜邊界, 求解過程可以直接在笛卡爾網(wǎng)格上進(jìn)行。因此, 網(wǎng)格生成簡單，無需生成貼體網(wǎng)格和處理網(wǎng)格運(yùn)動與重生。與傳統(tǒng)的貼體網(wǎng)格算法相比, 采用浸入邊界法處理復(fù)雜邊界更加簡單, 并且具有較高的計(jì)算效率，近年來受到了廣泛關(guān)注。
下面采用上述兩種方法對Munk M3型機(jī)翼前緣的流場進(jìn)行計(jì)算，并對結(jié)果進(jìn)行對比。
展開 在傳統(tǒng)的貼體網(wǎng)格方法中，需要應(yīng)用映射網(wǎng)格策略，其采用Trans-finite Interpolation(TFI)算法，并將一個(gè)正四邊形正交結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格映射到多邊形邊界內(nèi)。這種貼體網(wǎng)格生成方法要求計(jì)算域必須有4個(gè)拓?fù)涿?，并且對邊必須有相同?em>網(wǎng)格數(shù)量。
映射網(wǎng)格策略示意圖
除了貼體網(wǎng)格方法，
還有其他高精度的網(wǎng)格技術(shù)嗎？
浸沒邊界法(IST)采用非映射網(wǎng)格策略，其網(wǎng)格劃分方法采用的算法主要有：控制間距，拉伸，縱橫比等，這與笛卡爾網(wǎng)格相同，并同樣適用于笛卡爾網(wǎng)格的生成過程。但其對計(jì)算域幾何外形要求卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)比映射貼體網(wǎng)格寬松，IST網(wǎng)格只需要兩個(gè)拓?fù)涿妫笤趯叡仨氂邢嗨频拈g隔即可。
非映射網(wǎng)格策略
通用流體力學(xué)軟件VirtualFlow具備領(lǐng)先的IST網(wǎng)格技術(shù)，IST網(wǎng)格技術(shù)導(dǎo)入CAD文件即可自動生成結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，并且可根據(jù)分析需求對模型分塊及局部加密，在保證精度的前提下，避免前處理部分大量重復(fù)性工作，從而更加適合耦合傳熱與運(yùn)動物體的計(jì)算需求。
展開 Cast-Designer成功地開發(fā)了一種全新的網(wǎng)格技術(shù)
通過長期的研究和探索，Cast-Designer成功地開發(fā)了一種全新的網(wǎng)格技術(shù)，將傳統(tǒng)的非貼體網(wǎng)格和貼體網(wǎng)格劃分手段巧妙地結(jié)合在一起，形成了獨(dú)一無二的網(wǎng)格劃分模式。使用該技術(shù)，讓網(wǎng)格劃分時(shí)間比傳統(tǒng)有限元網(wǎng)格劃分方法快數(shù)十倍，同時(shí)擁有穩(wěn)定、全自動、足夠精確和非常容易使用的多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。
該網(wǎng)格技術(shù)能很好地描述幾何表面，但需要用戶具備很高的網(wǎng)格劃分經(jīng)驗(yàn)和使用技巧。另外，CAD幾何也需要非常干凈。往往需要對網(wǎng)格進(jìn)行大量的后期手動調(diào)整，工業(yè)應(yīng)用中，無法接受。
傳統(tǒng)的有限差分元FDM網(wǎng)格
網(wǎng)格操作簡單，無需任何CAE使用經(jīng)驗(yàn)。對CAD數(shù)據(jù)要求比較低，少量的重疊面以及細(xì)小的間隙通常都可以接受。缺點(diǎn)是難以精確描述幾何，同時(shí)網(wǎng)格數(shù)量巨大，導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間長。
Cast-Designer 中的全新網(wǎng)格技術(shù)
革命性的網(wǎng)格劃分技術(shù)，將傳統(tǒng)的非貼體網(wǎng)格和貼體網(wǎng)格劃分手段巧妙地結(jié)合在一起，同時(shí)擁有上述兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，CAD表面描述優(yōu)秀，無需使用經(jīng)驗(yàn)，CAD數(shù)據(jù)要求低，且全自動化操作，無需后續(xù)手動調(diào)整。
展開 （-）網(wǎng)格類型
網(wǎng)格劃分是仿真的第二步，是所有仿真求解的基礎(chǔ)，網(wǎng)格質(zhì)量的好壞直接決定了求解計(jì)算的精度和收斂性。優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)格可以保證CFD計(jì)算的精度，其主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(1)網(wǎng)格必須貼體，即劃分的網(wǎng)格必須將模型本身的幾何形狀描述出來，以保證模型的幾何形狀不失真；
(2)可以對固體壁面附近的網(wǎng)格進(jìn)行局部加密，這是因?yàn)槿魏挝锢碜兞吭诠腆w壁面附近的梯度都比較大，壁面附近網(wǎng)格由密到疏，才能夠?qū)⒉煌锢砹康奶荻冗M(jìn)行合理的捕捉；
(3)網(wǎng)格的各種質(zhì)量指標(biāo)需滿足Icepak的要求。
為了得到更優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)格，Icepak提供了包括Mesher-HD（六面體占優(yōu)）、Hexa Unstructured（非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格）、Hexa Cartesian（結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格）在內(nèi)的多種網(wǎng)格劃分形式。
Mesher-HD
即六面體占優(yōu)網(wǎng)格，包含六面體、四面體及多面體網(wǎng)格類型，可以對Icepak的原始幾何體及導(dǎo)入的異形CAD體進(jìn)行網(wǎng)格劃分；如果選擇Mesher-HD方法，在網(wǎng)格控制面板下會出現(xiàn)Multi-Level多級網(wǎng)格的選項(xiàng)；如果模型中包含了異形CAD幾何體，則必須使用Mesher-HD方法進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
圖1 異形CAD體的貼體網(wǎng)格——六面體占優(yōu)
Hexa Unstructured
即非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，全部為六面體網(wǎng)格，且網(wǎng)格不垂直相交，適用于所有的Icepak原始幾何體（立方體、圓柱、多邊形等）進(jìn)行網(wǎng)格劃分；非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格可以對規(guī)則的幾何體進(jìn)行貼體劃分；非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格可以使用O-grid網(wǎng)格對具有圓弧特征的幾何體進(jìn)行貼體的網(wǎng)格劃分，因此非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格在Icepak電子熱模擬中應(yīng)用的非常廣泛。
展開 在生成網(wǎng)格過程中，網(wǎng)格生成器從四邊形占優(yōu)的面網(wǎng)格開始，采用陣面推進(jìn)方法生成盡可能多的體網(wǎng)格。對于簡單的幾何體，網(wǎng)格生成過程可能很快；對于復(fù)雜的幾何體，通常是從面網(wǎng)格生成幾層六面體網(wǎng)格，之后采用金字塔網(wǎng)格和四面體網(wǎng)格進(jìn)行填充，在填充完畢后會對網(wǎng)格質(zhì)量進(jìn)行診斷，若網(wǎng)格質(zhì)量差，則內(nèi)部網(wǎng)格會利用Delaunay網(wǎng)格生成器進(jìn)行重新劃分。
03
Cartesian(笛卡兒網(wǎng)格)
生成笛卡兒網(wǎng)格。有兩種不同的網(wǎng)格生成方法：Body-Fitted與Hexa-Core,如圖6所示。
(1)Body-Fitted(貼體網(wǎng)格)。此選項(xiàng)將采用統(tǒng)一尺寸生成貼合幾何表面的非結(jié)構(gòu)六面體網(wǎng)格。其參數(shù)設(shè)置面板如圖7所示。
圖6 Cartesian網(wǎng)格劃分
圖7 Body-Fitted網(wǎng)格參數(shù)設(shè)置面板
一些設(shè)置參數(shù)介紹如下。
Projection Factor：控制笛卡兒網(wǎng)格的貼體程度，其取值范圍0~1,取值為0表示網(wǎng)格自由，取值為1表示網(wǎng)格嚴(yán)格受限于幾何。默認(rèn)參數(shù)0.98表示大部分網(wǎng)格貼合于幾何表面，允許少量網(wǎng)格不貼合幾何。
Split Dengenrate：激活此項(xiàng)將分割邊界四邊形或六面體網(wǎng)格，以生成質(zhì)量更高的網(wǎng)格。此選項(xiàng)不會引入金字塔或四面體網(wǎng)格。
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貼體網(wǎng)格的最新內(nèi)容
實(shí)際上，SAMR也完全可以使用曲線網(wǎng)格和貼體邊界，只不過處理起來相對復(fù)雜一些。正因?yàn)镾AMR相對其它網(wǎng)格有其獨(dú)特性，在某些方面有其突出的優(yōu)勢，主要包括以下幾個(gè)方面。</p><h3> 優(yōu)勢一：網(wǎng)格自動生成 </h3><p> 主要采用笛卡爾網(wǎng)格的SAMR技術(shù)，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)比較簡單，天然適合自動生成網(wǎng)格。
</p><p><strong>3.CutCell貼體網(wǎng)格</strong></p><p>突破傳統(tǒng)笛卡爾網(wǎng)格對曲面模型的近似局限，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜幾何（如散熱鰭片、曲面器件）的高精度貼合離散，擴(kuò)展工業(yè)級應(yīng)用場景覆蓋能力。</p><p>以上這幾項(xiàng)即將上線的功能，對于深度用戶來說，具有難以抗拒的魅力！
</p><p class="ql-align-center"><img src="https://pic3.zhimg.com/v2-941f2cdb63ef6088bceeab2c02bc9b66_1440w.jpg" width="831"></p><p><strong>4、創(chuàng)新貼體網(wǎng)格技術(shù)，高效準(zhǔn)確</strong></p><p><span style="color: rgb(9, 64, 142
圖9 線圈之間縫隙的網(wǎng)格約束
本案例使用簡化等效的塊來建立線圈和鐵芯模型，EC正在開發(fā)體素化、貼體網(wǎng)格功能，其后續(xù)版本將可以直接對導(dǎo)入的線圈和鐵芯進(jìn)行模型打散、貼體網(wǎng)格劃分，如下圖所示。
</p><p><br></p><p><strong>功能特點(diǎn)</strong></p><p><br></p><p>1、支持任意多面體網(wǎng)格</p><p><br></p><p class="ql-align-justify">軟件支持剖分貼體笛卡爾網(wǎng)格、四面體網(wǎng)格，也可以導(dǎo)入任意多面體網(wǎng)格。
</p><p>積鼎流體仿真軟件IST網(wǎng)格技術(shù)摒棄了傳統(tǒng)貼體網(wǎng)格方法，IST方法生成<strong>完全正交的六面體結(jié)構(gòu)化笛卡爾網(wǎng)格</strong>，導(dǎo)入CAD文件即可自動快速生成結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，并可根據(jù)分析需求對<strong>模型分塊和局部加密</strong>。
如下圖所示，VirtualFlow不需要根據(jù)幾何模型的結(jié)構(gòu)生成貼體網(wǎng)格，而是直接生成結(jié)構(gòu)網(wǎng)格塊，網(wǎng)格生成速度非?？?，且網(wǎng)格質(zhì)量高，感興趣的網(wǎng)友可以通過塊收縮功能減少網(wǎng)格量。
貼體網(wǎng)格的情形，流固界面和網(wǎng)格界面正好重合，可由下面的公式建立界面兩邊網(wǎng)格溫度與界面熱通量的關(guān)系:
VirtualFlow引入IST技術(shù)，使用笛卡爾網(wǎng)格，以非貼體的方式描述任意復(fù)雜界面，流固界面與網(wǎng)格之間界面不重合。以下是VirtualFlow的處理方式。
研究發(fā)現(xiàn)，由于能夠自適應(yīng)地生成各種復(fù)雜地形上的貼體網(wǎng)格，處理局部的復(fù)雜流動，CFD 模型更適應(yīng)于復(fù)雜地形條件下的邊界層流場模擬。
但有一些研究也表明，CFD 模型并非在所有情況下都優(yōu)于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 WAsP 模型，在平坦地形 WAsP的模擬結(jié)果要好于某些 CFD 模型。
近壁處最外層的貼體網(wǎng)格尺寸應(yīng)與相鄰網(wǎng)格尺寸相當(dāng)，以使網(wǎng)格過渡自然?；剞D(zhuǎn)體設(shè)置5層邊界層網(wǎng)格，第1層網(wǎng)格高0.5mm；導(dǎo)管設(shè)置4層邊界層網(wǎng)格，第1層網(wǎng)格高0.04mm。對施加了體積力源項(xiàng)的導(dǎo)管內(nèi)螺旋槳盤面附近區(qū)域進(jìn)行加密，以提高體積力源項(xiàng)分布精度。在導(dǎo)管及回轉(zhuǎn)體壁面設(shè)置邊界層網(wǎng)格，以使其y+值整體處于60附近。
