全多面體網格
關注創建者：匿名 創建時間：2025-12-01
全多面體網格的視頻教程
Hypermesh中圓柱體相貫時網格劃分（全網最快，無聲）
本視頻通過一個簡單的分割技巧進行操作演示（模型的初始分割省略了，一般大家都會，關于網格細節參數可自主把握；另外，如果相貫處存在較大圓角而不可忽略時，也可使用視頻中的切割思路）。其中不等徑圓柱實體相貫處理時需要一點小技巧，非常方便快捷，故象征性收費。 視頻供大家學習參考，歡迎給出評論建議。
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全多面體網格的實例教程
摘要：
本案例利用Fluent Meshing對固定翼無人機進行網格劃分，采用全多面體網格方案減少30%單元量仍保持湍流粘性底層解析能力，不僅為無人機巡航/爬升等多工況氣動仿真提供了高精度網格基礎，還通過標準化流程支持氣動-結構耦合、控制仿真等跨學科研究，兼顧工程效率與計算經濟性。
特別適合無人機設計工程師快速掌握復雜氣動外形的工業級網格生成策略、CFD工程師學習多物理場仿真的網格適應性優化方法，以及航空航天領域研究人員構建高升力構型數值模擬的技術框架。
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1 導入幾何模型
在固定翼無人機流場仿真中，Fluent Meshing的網格劃分流程始于幾何模型的預處理階段。首先通過File-Import-CAD導入無人機三維模型，該模型通常包含機翼、機身、尾翼等部件。
針對無人機特有的薄壁結構（如厚度僅1.5mm的碳纖維機翼蒙皮），需在Geometry標簽下使用Surface Repair工具修補缺失面片，特別是機翼與機身連接處常出現的0.2-0.5mm微小間隙。通過Merge Edges功能將相鄰曲面邊界的容差設置為0.01mm，消除拓撲結構中的自由邊，這一過程需特別注意機翼前緣曲率突變區域（曲率半徑小于3mm）的幾何特征保留。
完成幾何修復后，進入計算域定義階段。采用Enclosure功能構建長方體外流場域，其邊界距離無人機表面需保持一定長度以消除邊界效應。對于包含發動機進氣道的內流場，需封閉進排氣口形成獨立流體域。此時通過在機身內部指定流體域標記點，結合Wrap功能生成包裹網格，該過程需調整包裹增長率至1.3以避免機翼尖端（厚度僅0.8mm處）的網格穿透現象。
展開 流體的運動過程
整體網格
邊界層網格
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 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 多面體對稱機型網格劃分加fluent計算，含全部模型文件，網格文件和fluent文件
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本案例利用Fluent Meshing對固定翼無人機進行網格劃分，采用全多面體網格方案減少30%單元量仍保持湍流粘性底層解析能力，不僅為無人機巡航/爬升等多工況氣動仿真提供了高精度網格基礎，還通過標準化流程支持氣動-結構耦合、控制仿真等跨學科研究，兼顧工程效率與計算經濟性。
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今天給大家分享一個很有意思的劃分網格工具：可以根據圖像進行非結構化劃分網格。
代碼來源：https://github.com/otvam/mesh_from_bitmap_matlab
若Github訪問速度較慢，也可以在公眾號后臺回復：圖像識別劃分網格，便可自動獲取壓縮包。
示例效果
先看看一些效果圖吧：
本文基于StarCCm+渦輪機械網格功能對rotor37渦輪葉片劃分全六面體網格，渦輪機械網格操作使用基于橢圓偏微分方程的方法生成流動對齊的六面體網格。此操作僅用于串行執行。
Turbomachinery applications with axial blades typically require
本文基于StarCCm+渦輪機械網格功能對rotor37渦輪葉片劃分全六面體網格，渦輪機械網格操作使用基于橢圓偏微分方程的方法生成流動對齊的六面體網格。此操作僅用于串行執行。
Turbomachinery applications with axial blades typically require a flow-aligned, structured mesh. This type
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
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。
上一篇文章中已經講了通過離散求解的流程，目的就是先構造出每個網格的代數方程，代數方程的具體形式如下，碰到的問題就是需要求解三個系數項bc，af，ac
但是這三個系數項就是采用有限體積方法離散獲取的，每個都有自己的特點， 有的需要當前網格的值或者這個值的梯度，有的需要與當前網格相鄰的單元的值。而且前面也列出了這三個公式的具體表達式，如下
前面我們已經知道求解這三項只需要知道gDiff和Tf
本文原刊登于SemiWiki.com：《System-level Electromagnetic Coupling Analysis is now possible, and necessary》
作者：Tom Dillinger
編輯整理：肖運輝（Ansys中國高頻產品線技術經理）
