全多面體網(wǎng)格的案例
基于全多面體網(wǎng)格的無人機(jī)復(fù)雜裝配體流場建模——Fluent Meshing精細(xì)劃分技術(shù)實(shí)踐 ￥19.89
摘要：
本案例利用Fluent Meshing對固定翼無人機(jī)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用全多面體網(wǎng)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(jī)巡航/爬升等多工況氣動仿真提供了高精度網(wǎng)格基礎(chǔ)，還通過標(biāo)準(zhǔn)化流程支持氣動-結(jié)構(gòu)耦合、控制仿真等跨學(xué)科研究，兼顧工程效率與計(jì)算經(jīng)濟(jì)性。
特別適合無人機(jī)設(shè)計(jì)工程師快速掌握復(fù)雜氣動外形的工業(yè)級網(wǎng)格生成策略、CFD工程師學(xué)習(xí)多物理場仿真的網(wǎng)格適應(yīng)性優(yōu)化方法，以及航空航天領(lǐng)域研究人員構(gòu)建高升力構(gòu)型數(shù)值模擬的技術(shù)框架。
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1 導(dǎo)入幾何模型
在固定翼無人機(jī)流場仿真中，F(xiàn)luent Meshing的網(wǎng)格劃分流程始于幾何模型的預(yù)處理階段。首先通過File-Import-CAD導(dǎo)入無人機(jī)三維模型，該模型通常包含機(jī)翼、機(jī)身、尾翼等部件。
針對無人機(jī)特有的薄壁結(jié)構(gòu)（如厚度僅1.5mm的碳纖維機(jī)翼蒙皮），需在Geometry標(biāo)簽下使用Surface Repair工具修補(bǔ)缺失面片，特別是機(jī)翼與機(jī)身連接處常出現(xiàn)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(shè)置為0.01mm，消除拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的自由邊，這一過程需特別注意機(jī)翼前緣曲率突變區(qū)域（曲率半徑小于3mm）的幾何特征保留。
完成幾何修復(fù)后，進(jìn)入計(jì)算域定義階段。采用Enclosure功能構(gòu)建長方體外流場域，其邊界距離無人機(jī)表面需保持一定長度以消除邊界效應(yīng)。對于包含發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道的內(nèi)流場，需封閉進(jìn)排氣口形成獨(dú)立流體域。此時通過在機(jī)身內(nèi)部指定流體域標(biāo)記點(diǎn)，結(jié)合Wrap功能生成包裹網(wǎng)格，該過程需調(diào)整包裹增長率至1.3以避免機(jī)翼尖端（厚度僅0.8mm處）的網(wǎng)格穿透現(xiàn)象。
展開 fluent meshing進(jìn)行多面體網(wǎng)格劃分，生成高質(zhì)量網(wǎng)格后進(jìn)行算例設(shè)置。 ￥15
流體的運(yùn)動過程
整體網(wǎng)格
邊界層網(wǎng)格
多面體網(wǎng)格介紹polyhedral element
1 多面體網(wǎng)格定義
現(xiàn)代工程仿真，都是各種數(shù)值計(jì)算。網(wǎng)格（mesh）作為空間離散（spatial discretization）的一種方式，在結(jié)構(gòu)、流體、電磁等涉及三維空間的仿真中廣泛運(yùn)用，將復(fù)雜的曲面（例如汽車表面）分割為若干個較為簡單規(guī)則且方便計(jì)算的部分，即單元（element）。
圓環(huán)面被離散為若干個三角形單元（基于HyperMesh自制）
單元根據(jù)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(wǎng)格，是指在網(wǎng)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(wǎng)格表面（基于Fluent自制）
2 CFD仿真的應(yīng)用
基于有限體積法的CFD仿真是多面體網(wǎng)格的主要應(yīng)用領(lǐng)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(wǎng)格。多面體網(wǎng)格在CFD應(yīng)用中，主要分為兩類：純多面體網(wǎng)格和多面體-六面體混合網(wǎng)格。兩者主要區(qū)別為，在遠(yuǎn)離邊界的核心區(qū)域，是用多面體還是六面體單元。
純多面體網(wǎng)格（
基于Fluent自制）
多面體-六面體混合網(wǎng)格
（
基于Fluent自制
）
由于相對于其他類型網(wǎng)格有諸多優(yōu)點(diǎn)，目前多面體網(wǎng)格為CFD仿真的主流網(wǎng)格形式。
優(yōu)點(diǎn)1：網(wǎng)格劃分效率高
多面體網(wǎng)格劃分的人工操作較少，可顯著提高網(wǎng)格劃分的效率，將主要精力用于問題分析、結(jié)果評判等以人的思考為主的事項(xiàng)上。
展開 [轉(zhuǎn)]多面體網(wǎng)格的優(yōu)勢
甚至在邊部和角部，多面體網(wǎng)格通常也會有多個鄰居單元，這樣可以正常計(jì)算梯度和局部流動分布。當(dāng)然鄰居控制體越多，需要內(nèi)存和每個網(wǎng)格上計(jì)算量越大，這些可在精度上得到補(bǔ)償。
首先多面體網(wǎng)格對拉伸不像四面體網(wǎng)格那樣敏感。智能的網(wǎng)格生成和優(yōu)化技術(shù)提供很多實(shí)現(xiàn)手段：通過引入點(diǎn)，線和面，控制體能自動合并、分割、修改。確實(shí)，未來網(wǎng)格質(zhì)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(wǎng)格求解器中需要特殊處理的，采用多面體網(wǎng)格后不再需要特殊處理了,例如基于局部網(wǎng)格加密，滑移網(wǎng)格分界面，循環(huán)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(wǎng)格尤其適用于處理回流問題。測試表明在頂蓋驅(qū)動流要達(dá)到一定精度，需要的多面體網(wǎng)格數(shù)量甚至比六面體網(wǎng)格還少。這種現(xiàn)象可這樣解釋：對于六面體網(wǎng)格,它有三個流動方向可能導(dǎo)致最大的精度，而對于有12個面的多面體網(wǎng)格由于它有更多的鄰居單元，存在6個最優(yōu)的方向，這樣可能采用更少的網(wǎng)格就能取得更高的精度。更詳細(xì)的對多種網(wǎng)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(wǎng)格，相比于四面體網(wǎng)格，只需要1/4網(wǎng)格量，1/2的內(nèi)存,1/10的計(jì)算時間就能得到相同的計(jì)算精度，此外收斂性能更好，而且通常不需要調(diào)整求解器的參數(shù)。
圖中是發(fā)動機(jī)中水套的例子，分別采用6層多面體和6層四面體網(wǎng)格，多面體網(wǎng)格數(shù)是21872 到593888，四面體網(wǎng)格是39587到2322106，所有情況在壁面都采用棱柱層網(wǎng)格。
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多面體對稱機(jī)型網(wǎng)格劃分加fluent計(jì)算，含全部模型文件，網(wǎng)格文件和fluent文件 ￥30
多面體對稱機(jī)型網(wǎng)格劃分加fluent計(jì)算，含全部模型文件，網(wǎng)格文件和fluent文件
有限體積方法處理非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格-多邊形和多面體的幾何的處理
面解決了，接下來就是計(jì)算體心了，類似于多邊形轉(zhuǎn)化為三角形再進(jìn)行向量求面積，求面心，求面矢量，多面體需要轉(zhuǎn)化為像金字塔的多面體（底面的面積面矢量，面心都已知）之后再進(jìn)行質(zhì)心的計(jì)算
1.首先由上面的面心計(jì)算多面體幾何中心，直接加取平均即可
2.通過這個幾何中心和各個面的面心（上一步計(jì)算給出的）可以構(gòu)造一個多面體并計(jì)算出他的質(zhì)心（在基面和幾何中心的0.25處），這里通過面矢量和這兩個點(diǎn)也可以順便把這個有點(diǎn)像金字塔的幾何的體積同時求出。
3.體積加和就是整個網(wǎng)格的體積，第二部求得的質(zhì)心進(jìn)行對應(yīng)的體積加權(quán)就可以得到網(wǎng)格的質(zhì)心。
展開 如何應(yīng)用ANSA軟件快速生成多面體網(wǎng)格
多面體網(wǎng)格主要應(yīng)用于流體分析中，相對于其它類型的網(wǎng)格來說，最大的優(yōu)勢在于其能大大減小網(wǎng)格數(shù)量，這對于網(wǎng)格數(shù)量十分巨大的流體分析是很有意義的。
目前，多面體網(wǎng)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(wǎng)格轉(zhuǎn)化生成，在生成四面體/或棱柱網(wǎng)格的3D網(wǎng)格的基礎(chǔ)上，利用相關(guān)工具進(jìn)行轉(zhuǎn)化。
需要注意的是：六面體網(wǎng)格不能轉(zhuǎn)化為多面體網(wǎng)格。
本文轉(zhuǎn)載自：有限元在線 微信號：FEAonline_CAE
展開 換熱器流固熱耦合計(jì)算，四面體網(wǎng)格多面體網(wǎng)格分開畫好后組裝再進(jìn)行計(jì)算設(shè)置(含fluent計(jì)算設(shè)置視頻) ￥30
外部氣流和內(nèi)部水流
組裝后的網(wǎng)格
用多面體網(wǎng)格劃分壓縮機(jī)渦輪，再通過fluent進(jìn)行求解（case文件中包含fluent所有設(shè)置信息） ￥15
渦輪網(wǎng)格
壓力云圖
速度云圖
STAR-CCM+新一代并行多面網(wǎng)格劃分技術(shù) 附Star CCM+中文教程文檔下載
十四年來，自動化生成高質(zhì)量的多面體網(wǎng)格一直是Simcenter STAR-CCM +的關(guān)鍵優(yōu)勢，從而減輕了手工網(wǎng)格的負(fù)擔(dān)。借助SimcenterSTAR-CCM + 2020.1中的下一代并行多面體網(wǎng)格劃分器，可以比以前更快地創(chuàng)建具有邊界層的高質(zhì)量工業(yè)全多面體網(wǎng)格劃分。
1
效率
下圖展示了SimcenterSTAR-CCM + 2020.1中一組工業(yè)用例的多面網(wǎng)格劃分的劃分性能。生成的所有網(wǎng)格都是具有邊界層的高質(zhì)量全多面體。現(xiàn)在，六千萬-七千萬網(wǎng)格的案例的劃分速度提高了30-45倍，而對于6700萬工業(yè)設(shè)備用網(wǎng)格，在256個內(nèi)核上，當(dāng)前的記錄速度提高了44倍。對于這種情況，每分鐘創(chuàng)建620萬個網(wǎng)格，這意味著可以在不到11分鐘的時間內(nèi)創(chuàng)建完整的6700萬個高質(zhì)量、帶有邊界層的工業(yè)級多面體網(wǎng)格，也不過是喝一杯咖啡的時間。
2
一致性
網(wǎng)格的一致性是仿真結(jié)果的關(guān)鍵，在新一代并行技術(shù)下在32/128/256 /…內(nèi)核上創(chuàng)建的網(wǎng)格與串行創(chuàng)建的網(wǎng)格結(jié)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(yè)案例中，與串行生成的網(wǎng)格數(shù)量相比，其中13個案例在不同的核數(shù)并行范圍內(nèi)生成的總網(wǎng)格數(shù)量差異小于0.1％，其余算例顯示網(wǎng)格變化小于0.9％。
下面的網(wǎng)格一致性示例是對直升機(jī)的空氣動力學(xué)進(jìn)行模擬。
展開 ICEM旋轉(zhuǎn)水翼流場旋轉(zhuǎn)域及靜止域全六面體高質(zhì)量網(wǎng)格劃分（全文件） ￥20
ICEM旋轉(zhuǎn)水翼流場旋轉(zhuǎn)域及靜止域全六面體高質(zhì)量網(wǎng)格劃分（全文件）
全網(wǎng)首創(chuàng)！ANSA網(wǎng)格變形法對氣簾一鍵實(shí)現(xiàn)卷折疊 ￥29.9
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</jsk>
</div><p><br></p><p>本文主要給大家介紹使用數(shù)值方法對氣簾進(jìn)行一鍵卷折疊，速度非常快，在企業(yè)中使用的非常多，并且獨(dú)創(chuàng)了在ANSA中如何使用網(wǎng)格變形法實(shí)現(xiàn)一鍵卷折疊，以下是詳細(xì)的操作視頻，感謝大家一直對Wonderful仿真的支持</p><p><br></p>
展開 FLUENT動網(wǎng)格案例之七：6DOF網(wǎng)格重生成算法實(shí)現(xiàn)物塊落水及翻滾的全過程仿真分析 ￥299
6DOF網(wǎng)格重生成算法實(shí)現(xiàn)物塊落水及翻滾的全過程仿真分析
如圖所示，在一個已經(jīng)部分滿水水箱中，時間t = 0時，一個方形物體掉進(jìn)水里，物塊受到粘性阻力和重力的作用，并且當(dāng)盒子浸在水中時，它也會受到浮力的作用。箱體及其附近的邊界層網(wǎng)格做剛體運(yùn)動，并根據(jù)6DOF求解器的計(jì)算所受到的流體力及自身重力，由牛頓定律確定平動及轉(zhuǎn)動位移，每當(dāng)盒子及其周圍的邊界層網(wǎng)格被移動時，邊界層外的網(wǎng)格將被平滑或重生成。
動網(wǎng)格參數(shù)設(shè)置
網(wǎng)格光順參數(shù)設(shè)置
網(wǎng)格重生成參數(shù)設(shè)置
物塊運(yùn)動定義
最終動網(wǎng)格實(shí)現(xiàn)效果
部分UDF代碼
仿真計(jì)算結(jié)果
文件列表
展開 StarCCm+：rotor37渦輪葉片全六面體網(wǎng)格劃分 ￥15
本文基于StarCCm+渦輪機(jī)械網(wǎng)格功能對rotor37渦輪葉片劃分全六面體網(wǎng)格，渦輪機(jī)械網(wǎng)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(wǎng)格。此操作僅用于串行執(zhí)行。
Turbomachinery applications with axial blades typically require a flow-aligned, structured mesh. This type of mesh has implicit connectivity and a fixed number of vertex or face neig.hbors, leading to a more accurate solution. Unlike structured meshes, unstructured meshes can contain any type of cell and no defined connectivity between the cells.
Typically a structured mesh has a lower cell count whilst allowing for the same solution accuracy and since the connectivity is implicit the solver is much more efficient.
The operation supports axial blade geometries, which can include a tip clearance near the hub or shroud that is, a gap between the blade tip and the hub or the shroud.
展開 StarCCm+：rotor37渦輪葉片全六面體網(wǎng)格劃分
本文基于StarCCm+渦輪機(jī)械網(wǎng)格功能對rotor37渦輪葉片劃分全六面體網(wǎng)格，渦輪機(jī)械網(wǎng)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(wǎng)格。此操作僅用于串行執(zhí)行。
Turbomachinery applications with axial blades typically require a flow-aligned, structured mesh. This type of mesh has implicit connectivity and a fixed number of vertex or face neigh bors, leading to a more accurate solution. Unlike structured meshes, unstructured meshes can contain any type of cell and no defined connectivity between the cells.
Typically a structured mesh has a lower cell count whilst allowing for the same solution accuracy and since the connectivity is implicit the solver is much more efficient.
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