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C4-棱柱體網(wǎng)格自動(dòng)生成V10.pdf

使用四面體網(wǎng)格自動(dòng)生成方法，使用者無法完全控制塑件的元素層數(shù)。因此，CAE 分析有時(shí)候無法提供較差質(zhì)量區(qū)域中的正確溫度分布。若四面體網(wǎng)格未符合求解器的需求，系統(tǒng)便會(huì)產(chǎn)生發(fā)散或不合理的結(jié)果，尤其是較薄的塑件。 另一方面，混合式網(wǎng)格 (Hybrid Mesh) 生成與四面體網(wǎng)格生成有顯著的差異。用戶可以輕松控制網(wǎng)格質(zhì)量以符合求解器的需求。此方法的缺點(diǎn)在于，經(jīng)驗(yàn)不足的使用者需花較多時(shí)間來架構(gòu)網(wǎng)格。

邊界層網(wǎng)格構(gòu)建時(shí)，在機(jī)翼表面設(shè)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(shè)置能精確捕捉翼型表面的流動(dòng)分離現(xiàn)象。 最終體網(wǎng)格生成階段采用Poly網(wǎng)格類型，在機(jī)翼表面10mm范圍內(nèi)生成多面體邊界層，邊界層區(qū)域使用棱柱層主導(dǎo)網(wǎng)格。

Fidelity Pointwise 中基于優(yōu)化的平滑技術(shù)有望通過擠壓棱柱和六面體的混合物來準(zhǔn)確解析粘性流中的邊界層。混合網(wǎng)格中的平滑F(xiàn)idelity Pointwise 有兩種生成混合網(wǎng)格的技術(shù)：傳統(tǒng)的代數(shù)擠壓和各向異性四面體擠壓，也稱為T-Rex。這兩種技術(shù)都從三重或四重網(wǎng)格開始并向外推進(jìn)，創(chuàng)建單元層（分別為棱柱和六面體）。

使用 Fidelity Pointwise 生成的 ONERA M6 機(jī)翼的四元網(wǎng)格圖 3 說明了在近壁區(qū)域具有非結(jié)構(gòu)化六面體單元層的完全混合網(wǎng)格，使用圖 2 中的表面網(wǎng)格生成（即，表面網(wǎng)格用作 Fidelity Pointwise 的 T-Rex 算法的輸入）。相對(duì)于棱柱/四面體混合網(wǎng)格，六面體/四面體網(wǎng)格具有更少的單元數(shù)、改進(jìn)的收斂性和更準(zhǔn)確的結(jié)果。

查看入口直徑，為8mm，則基本尺寸設(shè)置為8mm，網(wǎng)格要在這個(gè)方向畫十層網(wǎng)格，所以最小尺寸為直徑的10~15%，設(shè)置15%就行了，不然生成的網(wǎng)格太多了。設(shè)置棱柱層為3層，棱柱層延伸為1.2，棱柱層厚度為0.6mm（絕對(duì)尺寸）。一般棱柱層厚度為入口半徑（4mm）的10%，取了0.6mm。稍微大了一點(diǎn)點(diǎn)。

右鍵單擊操作，選擇新建>網(wǎng)格>自動(dòng)網(wǎng)格，在彈出的創(chuàng)建自動(dòng)網(wǎng)格操作中，零部件選擇Body 1，網(wǎng)格生成器依次選擇：表面重構(gòu)、自動(dòng)表面修復(fù)、多面體網(wǎng)格和棱柱層網(wǎng)格生成器。默認(rèn)控制中，基礎(chǔ)尺寸設(shè)置為0.8m，面網(wǎng)格增長(zhǎng)率1.1，棱柱層數(shù)3，棱柱層延伸1.2，棱柱層總厚度0.01m，核心網(wǎng)格優(yōu)化中的優(yōu)化循環(huán)設(shè)置為3，質(zhì)量閾值設(shè)置為0.7。

于是一個(gè)六面體元素可以有6種分割法而產(chǎn)生12個(gè)不同的棱柱體元素，而每個(gè)棱柱體元素則各有一個(gè)定義的展弦比。六面體元素的展弦比則是用這12個(gè)可能分割出的棱柱體元素，12展弦比中的最小值：AHexa = min(APrism1, APrism2,…, APrism12) . 歪斜率(Skewness)內(nèi)層表面可為三角形或四角形。P 與 E 為表面 e 相鄰的網(wǎng)格區(qū)塊中心。

多面體網(wǎng)格，它聲稱，提供了一個(gè)平衡的解決復(fù)雜的網(wǎng)格生成問題，同時(shí)具有比四面體網(wǎng)格更高的精度。切割體網(wǎng)格主要利用六面體體積與最小的偏度和對(duì)齊與流動(dòng)產(chǎn)生最高質(zhì)量的網(wǎng)格。三種網(wǎng)格都可以包含棱柱狀近壁層，將棱柱網(wǎng)格模型作為體網(wǎng)格過程的一部分(如下圖所示)。典型的表面和體積網(wǎng)格控制包括默認(rèn)的單元大小、最小和最大單元大小、單元生長(zhǎng)速度、棱鏡層厚度、棱柱層數(shù)和允許的質(zhì)量度量。

其中四邊形和六面體網(wǎng)格質(zhì)量較高，計(jì)算精度較高，速度也快，三角形網(wǎng)格和四面體網(wǎng)格優(yōu)點(diǎn)在于生成迅速，能更好地逼近實(shí)體模型的壁面，棱柱網(wǎng)格和金字塔網(wǎng)格更多的時(shí)候作為一種輔助性質(zhì)的網(wǎng)格，實(shí)現(xiàn)四面體網(wǎng)格和六面體網(wǎng)格之間的連接。

所以，在CAD幾何文件清理之后，就應(yīng)該著手探究生成多塊結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格的可行性。 對(duì)復(fù)雜的或者奇形怪狀的幾何，六面體網(wǎng)格很難生成，非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格應(yīng)運(yùn)而生。這種情況下，在邊界附近生成高質(zhì)量的棱柱層網(wǎng)格變得尤其重要，這對(duì)求解邊界層流動(dòng)以及保持湍流模型所需的Yplus值意義重大。

于是一個(gè)六面體元素可以有6種分割法而產(chǎn)生12個(gè)不同的棱柱體元素，而每個(gè)棱柱體元素則各有一個(gè)定義的展弦比。六面體元素的展弦比則是用這12個(gè)可能分割出的棱柱體元素，12展弦比中的最小值：AHexa = min(APrism1, APrism2,…, APrism12) .l 歪斜率(Skewness)內(nèi)層表面可為三角形或四角形。P 與 E 為表面 e 相鄰的網(wǎng)格區(qū)塊中心。

設(shè)置棱柱網(wǎng)格參數(shù)，然后從零件列表中選擇 Wind turbine 以在其上創(chuàng)建棱柱層。 最初計(jì)算 5-7 層的棱柱網(wǎng)格，然后從編輯網(wǎng)格菜單中創(chuàng)建更多層，方法是將每層拆分為 3 層，從而制作 15-21 個(gè)棱柱層用于邊界層捕獲。 重新分布棱柱網(wǎng)格，以便我們可以按正確的順序獲得棱柱網(wǎng)格。 使用棱柱單元平滑體積網(wǎng)格，但這次要非常小心。

特征線如下圖所示： 第二，為了提高交界面處插值的精度，減小數(shù)值傳遞誤差，因此建議在交界面兩側(cè)各生成一層棱柱層網(wǎng)格，其尺寸設(shè)置一致。

Mesher_棱柱層網(wǎng)格生成器； ? 設(shè)置默認(rèn)網(wǎng)格控制； ? Base Size_基礎(chǔ)尺寸：0.01m； ? Number of Prism Layers_棱柱層(邊界層)層數(shù)：5層； ? 其他保持默認(rèn)設(shè)置即可； ? 設(shè)置自定義網(wǎng)格控制

邊界層設(shè)置需在壁面邊界配置5~7層棱柱網(wǎng)格（首層高度根據(jù)y+＜5計(jì)算確定，通常為0.1~0.3mm），增長(zhǎng)率采用1.2~1.5的指數(shù)分布，并在Mesh→Global Mesh Setup中開啟"Height Ratio Control"防止層間畸變。

棱柱體網(wǎng)格另外一個(gè)重要的用途便是流場(chǎng)計(jì)算的壁面邊界層網(wǎng)格，因?yàn)榱鲌?chǎng)壁面法向附近變量變化非常劇烈，因此往往要求沿法向網(wǎng)格具有結(jié)構(gòu)化特征，利于數(shù)值離散插值，提高計(jì)算精度，而如果該區(qū)域是非結(jié)構(gòu)四面體單元，要形成結(jié)構(gòu)化排序是非常困難的。因此，一個(gè)折中的方案便是對(duì)壁面附近四面體網(wǎng)格進(jìn)行層狀化劈分處理（涉及劈層以后的局部網(wǎng)格重構(gòu)，技術(shù)難度很大），經(jīng)劈分處理得到表層網(wǎng)格便是棱柱體網(wǎng)格。

這里介紹兩個(gè)心得： 槳葉的特征線 交界面兩側(cè)各生成一層棱柱層網(wǎng)格為了對(duì)槳葉的導(dǎo)邊和隨邊進(jìn)行更好地捕捉，建議在幾何處理階段，生成導(dǎo)邊和隨邊的特征線，以便在網(wǎng)格劃分時(shí)，采用線控制加密的方式處理槳葉表面網(wǎng)格。