邊界層網格劃分
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
邊界層網格劃分的視頻教程
STAR CCM+風機旋轉仿真MRF和Moving mesh的比較
（備注:使用的是STAR CCM+14版本，可以從視頻庫的其它視頻中含有的該附件下載） 1：STAR CCM+表面修復功能； 2：網格劃分（局部加密和局部邊界層網格劃分）； 3：求解設置； 4：后處理分析（MRF和MOVING MESH的動畫生成）。
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邊界層網格劃分的實例教程
求解高雷諾數繞流問題時，可把流動分為邊界層內的粘性流動和邊界層外的理想流動兩部分，分別迭代求解。邊界層有層流、湍流、混合流 ，低速（不可壓縮）、高速（可壓縮）以及二維、三維之分。由于粘性與熱傳導緊密相關，高速流動中除速度邊界層外，還有溫度邊界層。
三、邊界層厚度
邊界層內從物面 （當地速度為零）開始，沿法線方向至速度與當地自由流速度U 相等（嚴格地說是等于0.990或0.995U）的位置之間的距離，記為δ 。
邊界層厚度與流動的雷諾數、自由流的狀態、物面粗糙度、物面形狀和延展范圍都有關系。由繞流物體頭部（前緣）起，邊界層厚度從零開始沿流動方向逐漸增厚。當空氣流的雷諾數為Rex=10時，在距前緣1米處，平板上層流邊界層的厚度為3.5毫米。在平滑平板上，層流邊界層的厚度。
四、層流邊界層
流體繞物體流動時，在物體的前端或上游部分的邊界層，一般是層流邊界層。沿曲面的層流邊界層。由于外流速度有變化，與平板有所不同，但速度分布大致類似。緊貼物面的速度梯度較大，因而剪應力也較大。物面上的剪應力為：
式中， 為流體動力粘性系數。算出了τ0，就可求出物面的摩擦阻力系數和摩擦阻力。
展開 Open the Model File
安裝目錄下的： manifold_inner_cylinder.hm 網格文件。
3. Check That the Surface Elements Define a Closed Volume
4. Generate a BL Distributed Thickness Loading to Prevent Boundary Layer Interference
5. Generate the Boundary Layer and Tetrahedral Core Mesh
點Mesh生成邊界層體網格。
合理控制修改層數、第一層厚度、增長率等參數，使得邊界層不超出壁面
6. Mask Elements to Inspect the Boundary Layers’ Thickness on Thinner Areas
7. Arrange Volume and Surface Components Before Exporting the Mesh for CFD Solvers
展開 為了正確模擬各種情況，我們應知道該使用哪一類有限元網格。在較高頻率下，電流越來越接近邊界，所以需要更精細的網格來解析場的空間變化。不過，場只在垂直于邊界的方向上劇烈變化，而在沿線圈周長的方向上變化緩慢。
上述情況很適合使用邊界層網格劃分功能，它能夠在垂直于邊界的方向上插入薄單元，如下圖所示。根據線圈內電流分布的目標解析精度，你可以將邊界層單元的厚度設為集膚深度的 0.5~1 倍，并使用至少兩個或者多達八個甚至以上的邊界層單元。另一方面，當頻率足夠低時，根本不需要邊界層網格劃分。
不同頻率對應的導線網格，與上文的電流分布圖一致。
等效邊界條件
上圖表明，在較高的頻率下，延伸到線圈內部的電流分布微乎其微。所以事實上，我們可以認為當頻率足夠高時，電流在表面上 流動。既然如此，我們便可以使用阻抗 邊界條件，并且不需要模擬線圈的任何 內部區域，如下圖所示。
使用阻抗邊界條件的模型的示意圖及網格。
這種方法可以減少了相當大的計算量，因為現在我們只需要對空氣域劃分網格，然后應用阻抗邊界條件。顯然，我們會丟失一些信息：導體內的電流分布。但是，如果我們對這些信息不感興趣，這一方法便是對導體內部劃分網格的最優替代方案。下面第一張繪圖顯示了利用阻抗 邊界條件和包含邊界層網格的線圈域模型計算的線圈損耗與頻率之間的關系。
使用線圈域模型和 阻抗邊界條件計算的損耗結果繪圖。
下圖繪制了利用阻抗 邊界條件與利用明確的域模型計算的損耗之比，并繪制了該比率同導線半徑與集膚深度的比率之間的關系。零件的特征尺寸（此例為半徑）接近于集膚深度的十倍，利用兩種方法計算的損耗大小相近。
損耗比同物體尺寸與集膚深度之比的關系繪圖。
根據上圖我們可以推斷出，只要與所模擬的導體尺寸相比，集膚深度相對較小，阻抗 邊界條件就可以準確預測總損耗。
展開 工業上的流動問題大部分是湍流問題，當我們采用湍流模型來模擬這些流動的時候，如何處理固體壁面附近的邊界層是一個問題。按照FLUENT的User’s Guide[1]的指導，壁面附近的網格在垂直于壁面的方向應當適當加密，以準確地模擬邊界層的效應。但是，很多人在實際計算的時候，往往不對網格做邊界層加密（圖1），這是令人比較困惑的。
圖1 文獻[2]的物理模型和計算時使用的網格。該文獻的內容是計算一個截止閥內部的湍流流動。可以看出作者并沒有對網格做邊界層加密。
一方面，無論是按照FLUENT User’s Guide的指導還是按照湍流模型近壁面處理的有關知識，對壁面進行邊界層加密是必要的。另一方面，我們又看到很多人在實際計算中并沒有做邊界層加密，而且計算結果往往還和實驗測量值符合。這到底是什么回事呢？我們在實際計算的時候，是否必須對網格做邊界層加密呢？
這取決于所計算的問題的性質。如果在我們所計算的問題中，邊界層是一個重要因素，那么對邊界層網格進行加密是必要的；如果在我們所計算的問題中，邊界層是次要因素，那么可以不對邊界層網格進行加密。
我們來看兩個例子。第一個例子是平板湍流邊界層摩擦阻力的計算。沿著流動方向平板的長度是L=1m，來流速度U=10m/s，工質是水，其密度為ρ=1000kg/m3，粘性系數為μ=0.001Pa·s。我們生成了兩個網格，一個是不做邊界層加密的（圖2），另一個是做邊界層加密的（圖3）。我們在FLUENT 14.5中分別用這兩個網格來計算，所用的湍流模型是k-ω SST。
圖2 計算平板邊界層流動所用的網格。不做邊界層加密。邊界的紫色部分為速度入口，黃色部分為對稱條件，白色部分為壁面（即上文所提到的1m長的平板），紅色部分為壓力出口。網格尺寸為25mm。
展開 Hypermesh聯合Fluent仿真：教你創建CFD邊界層網格
導言：本教程適合采用Hypermesh作為CFD前處理軟件的新手，主要解決做流體仿真分析時，邊界層網格如何創建，以及內部的四面體網格如何創建的問題，不包含求解器分析部分。
目錄：數據導入、數據清理、網格劃分、網格導出
1、 數據導入
在數據導入hypermesh之前確保一些大的清理步驟，比如塊的創建、切割、面的縫合等已經過專業的三維數模軟件處理（Hypermesh做這些操作不是很方便）。打開Hypermesh，User Profiles先選擇默認，按圖1的步驟點擊導入數據。
圖1 數據導入
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從網格層面，軟件支持局部網格控制、全局網格控制，邊界層網格劃分以及多面體體網格生成；
3. 從材料和粘度模型來講，軟件提供了材料庫，提供了多種常用材料的快速導入；并且提供了多種湍流模型來適應多種不同的工況的計算；
4. 從計算域功能來看，軟件支持MRF多參考系來對旋轉機械、部件進行分析；
5.
Hypermesh聯合Fluent仿真：教你創建CFD邊界層網格
導言：本教程適合采用Hypermesh作為CFD前處理軟件的新手，主要解決做流體仿真分析時，邊界層網格如何創建，以及內部的四面體網格如何創建的問題，不包含求解器分析部分。
目錄：數據導入、數據清理、網格劃分、網格導出
1、 數據導入
在數據導入hypermesh之前確保一些大的清理步驟，比如塊的創建、切割
一、邊界層概念
邊界層是高雷諾數繞流中緊貼物面的粘性力不可忽略的流動薄層，又稱流動邊界層、附面層。這個概念由近代流體力學的奠基人，德國人Ludwig Prandtl
將水泵的復雜幾何結構導入 STAR-CCM+ 后，利用自動多面體和邊界層網格劃分功能作離散處理。最終生成的計算網格總量共四百萬，精確地捕捉到了多通道及多流道的復雜幾何結構。圖 5 顯示了流道的復雜幾何結構和計算網格。
CFD-1200: CFD Meshing with Automatic BL Thickness Reduction
1. Load the CFD User Profile
2. Open the Model File
安裝目錄下的： manifold_inner_cylinder.hm 網格文件。
Pointwise 中最重要的技術之一是其邊界層網格劃分，這是準確計算升力和阻力的必要條件。在我們的最新版本中，Pointwise 邊界層現在與支持 Fidelity DBS 和 Fidelity Turbo 的求解器技術完全兼容。
圖 1：NASA CRM 在 0.85 馬赫時的壓力系數場。
Fidelity Pointwise T-Rex 網格劃分可用于近體網格劃分或邊界層網格劃分，并對對稱邊界進行特殊處理。
T-Rex 是一種先進的自動化混合網格生成方法。T-Rex 生成混合網格，通過擠壓高質量、高縱橫比的四面體層來解決粘性流動中的邊界層、尾流和其他現象，這些四面體可以后處理成棱鏡堆疊。該算法包括用于優化細胞質量和避免相鄰細胞層碰撞的工具。
自適應網格保留了初始用戶定義的網格設置，最重要的是，邊界層網格劃分策略。自適應網格本質上符合網格生成器已知的底層幾何形狀。隨著點云數據不斷細化網格，網格質量隨著每個網格自適應循環不斷提高，并且不需要先驗選擇“局部細分”。作為獎勵，適應過程自然地識別和糾正大網格膨脹率的區域。
整個過程在計算上是高效的，因為網格僅在局部區域被細化。
激活邊界層網格的劃分，設置近壁面第一層網格高度為0.005m，各層之間的增長因子為1.2，一共4層邊界層網格。
