網(wǎng)格劃分策略與網(wǎng)格質(zhì)量檢查

2016-10-07 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

判斷網(wǎng)格質(zhì)量的方面有:

Area單元面積,適用于2D單元,較為基本的單元質(zhì)量特征。

Aspect Ratio長寬比,不同的網(wǎng)格單元有不同的計(jì)算方法,等于1是最好的單元,如正三角形,正四邊形,正四面體,正六面體等;一般情況下不要超過5:1.

Diagonal Ratio對(duì)角線之比,僅適用于四邊形和六面體單元,默認(rèn)是大于或等于1的,該值越高,說明單元越不規(guī)則,最好等于1,也就是正四邊形或正六面體。Edge Ratio長邊與最短邊長度之比,大于或等于1,最好等于1,解釋同上。

EquiAngle Skew通過單元夾角計(jì)算的歪斜度,在0到1之間,0為質(zhì)量最好,1為質(zhì)量最差。最好是要控制在0到0.4之間。

EquiSize Skew通過單元大小計(jì)算的歪斜度,在0到1之間,0為質(zhì)量最好,1為質(zhì)量最差。2D質(zhì)量好的單元該值最好在0.1以內(nèi),3D單元在0.4以內(nèi)。

MidAngle Skew通過單元邊中點(diǎn)連線夾角計(jì)算的歪斜度,僅適用于四邊形和六面體單元,在0到1之間,0為質(zhì)量最好,1為質(zhì)量最差。

Size Change相鄰單元大小之比,僅適用于3D單元,最好控制在2以內(nèi)。

Stretch伸展度。通過單元的對(duì)角線長度與邊長計(jì)算出來的,僅適用于四邊形和六面體單元,在0到1之間,0為質(zhì)量最好,1為質(zhì)量最差。

Taper錐度。僅適用于四邊形和六面體單元,在0到1之間,0為質(zhì)量最好,1為質(zhì)量最差。

Volume單元體積,僅適用于3D單元,劃分網(wǎng)格時(shí)應(yīng)避免出現(xiàn)負(fù)體積。

Warpage翹曲。僅適用于四邊形和六面體單元,在0到1之間,0為質(zhì)量最好,1為質(zhì)量最差。

以上只是針對(duì)Gambit幫助文件的簡單歸納,不同的軟件有不同的評(píng)價(jià)單元質(zhì)量的指標(biāo),使用時(shí)最好仔細(xì)閱讀幫助文件。

另外,在Fluent中的窗口鍵入:grid quality然后回車,Fluent能檢查網(wǎng)格的質(zhì)量,主要有以下三個(gè)指標(biāo):

1. Maxium cell squish:如果該值等于1,表示得到了很壞的單元;

2. 2.Maxium cell skewness:該值在0到1之間,0表示最好,1表示最壞;3.Maxium 'aspect-ratio': 1表示最好

3.關(guān)于網(wǎng)格劃分在數(shù)值仿真中的重要性,在此就不多說了,相信做這個(gè)的版友都了解。下面

4.我就說說GAMBIT學(xué)習(xí)和使用的一點(diǎn)感受吧。歡迎批評(píng)指正和補(bǔ)充,謝謝!

5.首先,在網(wǎng)格劃分之前,你最好從數(shù)值仿真的全局出發(fā),比如精度要求,計(jì)算時(shí)間要求,機(jī)子配置等等,思考一下是使用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,還是非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,抑或是混合網(wǎng)格;因?yàn)檫@關(guān)系到接下來的網(wǎng)格劃分布置和劃分策略。然后,在確定了網(wǎng)格類型之后,就是根據(jù)模型情況,構(gòu)思一下網(wǎng)格拓?fù)?就是自己要明確最終想得到什么樣的網(wǎng)格,比如翼型網(wǎng)格,是C型,還是O型;一個(gè)圓面是想得到“內(nèi)方外圓”的銅錢幣類型的網(wǎng)格,還是一般的網(wǎng)格,等等。這一步有時(shí)可能不太清楚,自己有時(shí)都不知道什么樣的網(wǎng)格拓?fù)涫呛线m的,那就需要平時(shí)多看看這方面的帖子,收集一些劃分比較好的網(wǎng)格圖片,體會(huì)體會(huì)。確定了網(wǎng)格拓?fù)渲?對(duì)模型進(jìn)行劃分網(wǎng)格前的準(zhǔn)備,比如分割啊,對(duì)尺度小對(duì)計(jì)算結(jié)果影響不大的次要幾何進(jìn)行簡化,等等。

6.接著,劃分網(wǎng)格。劃分網(wǎng)格都是從線網(wǎng)格,面網(wǎng)格,到體網(wǎng)格的;線網(wǎng)格的劃分,也就是網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的布置,對(duì)網(wǎng)格的質(zhì)量影響比較大,比如歪斜,長寬比,等等,節(jié)點(diǎn)密度在GAMBIT中可以通過很多的方法進(jìn)行控制調(diào)整,大家可以看相關(guān)的資料。面網(wǎng)格的劃分,非結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格咱就不說了,結(jié)構(gòu)網(wǎng)格可能有時(shí)比較麻煩,這就要求大家最好對(duì)那幾種網(wǎng)格策略比較了解,比如Quad-Map劃分方法所適用的模型形狀,在劃分的時(shí)候?qū)旤c(diǎn)類型及網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)的要求(Quad-Map,適用于邊數(shù)大于或等于4的面,頂點(diǎn)要求為4個(gè)End類型,其他為Side類型,對(duì)應(yīng)邊的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)必須相等),以此類推,其他的劃分方法也有這方面的要求以及適合的形狀。當(dāng)出現(xiàn)了不能劃分的時(shí)候,可以根據(jù)GAMBIT給的提示進(jìn)行修改頂點(diǎn)類型或網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)來滿足劃分方法的要求。如果實(shí)在不能劃分,則退而求其次,改用其他方法進(jìn)行劃分或者對(duì)面進(jìn)行分割;等等。關(guān)于體網(wǎng)格的劃分,與面網(wǎng)格劃分所要注意的東西類似。另外,根據(jù)我個(gè)人的經(jīng)驗(yàn),如果模型比較簡單規(guī)則,大家最好盡量使用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,比較容易劃分,計(jì)算結(jié)果也比較好,計(jì)算時(shí)間也相對(duì)較短;對(duì)于復(fù)雜的幾何,在盡量少的損失精度的前提下,盡量使用分塊混合網(wǎng)格。在使用分塊混合網(wǎng)格時(shí)注意兩點(diǎn):1)近壁使用邊界層網(wǎng)格,這對(duì)于近壁區(qū)的計(jì)算精度很有幫助,盡管使用足夠多的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格可以得到相同的結(jié)果(倘若在近壁區(qū)使用網(wǎng)格不當(dāng),那個(gè)湍流粘性比超過限定值的警告就可能出現(xiàn));2)分塊網(wǎng)格在分塊相鄰的地方一定要注意網(wǎng)格的銜接要平滑,相鄰網(wǎng)格的尺寸不能相差太大,盡量控制在1.2左右。否則在計(jì)算時(shí)容易出現(xiàn)不收斂或者高連續(xù)方程殘差的問題。最后,一定要記得預(yù)覽檢查網(wǎng)格的質(zhì)量。如果網(wǎng)格的質(zhì)量不好,你就不要抱著僥幸的心理交給Fluent計(jì)算了,那肯定是算不好的。所以劃分網(wǎng)格要有耐心,不斷地調(diào)整,直到滿足要求為止。原本我以為這一條大家都很在意,經(jīng)過一段時(shí)間的論壇問題觀察,其實(shí)不然,有很多版友隨便劃分個(gè)網(wǎng)格就急切地導(dǎo)入到Fluent中計(jì)算,出問題是理所當(dāng)然的,但提出的很多問題,有時(shí)實(shí)在讓人無能為力,幫不上忙。再說一遍,一定要檢查網(wǎng)格質(zhì)量,如果不滿足要求,就不要導(dǎo)入到Fluent中計(jì)算了。一點(diǎn)小知識(shí):1. Fluent檢查網(wǎng)格質(zhì)量的方法,網(wǎng)格導(dǎo)入Fluent中之后,grid->check,可以看看網(wǎng)格大致情況,有無負(fù)體積,等等;在Fluent窗口輸入,grid quality然后回車,Fluent會(huì)顯示最主要的幾個(gè)網(wǎng)格質(zhì)量。在這里我談一下,Fluent計(jì)算對(duì)網(wǎng)格質(zhì)量的幾個(gè)主要要求:1)網(wǎng)格質(zhì)量參數(shù):

7. Skewness(不能高于0.95,最好在0.90以下;越小越好)

8. Change in Cell-Size(也是Growth Rate,最好在1.20以內(nèi),最高不能超過1.40)Aspect Ratio(一般控制在5:1以內(nèi),邊界層網(wǎng)格可以適當(dāng)放寬)

9. Alignment with the Flow(就是估計(jì)一下網(wǎng)格線與流動(dòng)方向是否一致,要求盡量一致,以減少假擴(kuò)散)

10. 2)網(wǎng)格質(zhì)量對(duì)于計(jì)算收斂的影響:

11.高Skewness的單元對(duì)計(jì)算收斂影響很大,很多時(shí)候計(jì)算發(fā)散的原因就是網(wǎng)格中的僅僅幾個(gè)高Skewness的單元。

12.舉個(gè)例子:共有112,000個(gè)單元,僅有7個(gè)單元的Skewness超過了0.95,在進(jìn)行到73步迭代時(shí)計(jì)算就發(fā)散了!

13.高長寬比的單元使離散方程剛性增加,使迭代收斂減慢,甚至困難。也就是說,Aspect Ratio盡量控制在推薦值之內(nèi)。3)網(wǎng)格質(zhì)量對(duì)精度的影響:

14.相鄰網(wǎng)格單元尺寸變化較大,會(huì)大大降低計(jì)算精度,這也是為什么連續(xù)方程高殘差的原因。

15.網(wǎng)格線與流動(dòng)是否一致也會(huì)影響計(jì)算精度。4)網(wǎng)格單元形狀的影響:

16.非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格比結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的截?cái)嗾`差大,因此,為提高計(jì)算精度計(jì),請(qǐng)大家盡量使用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,對(duì)于復(fù)雜幾何,在近壁這些對(duì)流動(dòng)影響較大的地方盡量使用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,在其他次要區(qū)域使用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。

17. 2.不要使用那些書上寫的y+與yp的計(jì)算公式,那個(gè)公式一般只能提供數(shù)量級(jí)上的參考。推薦大家使用NASA的粘性網(wǎng)格間距計(jì)算器,設(shè)定你想要的y+值,它就能給你計(jì)算出第一層網(wǎng)格高度,與計(jì)算結(jié)果的y+很接近。

18. 3.關(guān)于邊界層網(wǎng)格高度與長度的比例,有本CFD書上說,大概在1/sqrt(Re)就可以;另外,也有這種說法,在做粘性計(jì)算時(shí),這個(gè)比值可以在100-1000之間,無粘有激波計(jì)算時(shí),這個(gè)比值要相應(yīng)小點(diǎn)兒,在10-100之間,因?yàn)橐紤]激波捕捉精度問題。

19. 4. Gambit中相關(guān)默認(rèn)設(shè)置的修改,請(qǐng)參考本站帖子,Fluent經(jīng)典文檔White Papaers中的Gambit Defaults。5.Size Function介紹:

20.以下我推薦的這些資料,我覺得都是非常好的,學(xué)習(xí)Gambit劃分網(wǎng)格,有以下的這些資料應(yīng)該就足夠了。對(duì)于初學(xué)者,可以先好好看看Gambit中文幫助,以及線網(wǎng)格與面網(wǎng)格劃分及Gambit的培訓(xùn)講稿;對(duì)于對(duì)Gambit已經(jīng)有一定了解的版友,可以看看Size Function和剩下的講稿資料,對(duì)Gambit有一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。另外,如果大家在劃分網(wǎng)格時(shí)出了問題,請(qǐng)先看看Gambit的用戶手冊(cè),學(xué)會(huì)自己解決問題;解決不了,再發(fā)帖提問。對(duì)于Gambit的一些瑣碎的東西,建議大家好好看看Gambit Tips & Tricks這個(gè)講稿,你把Tips和Tricks翻譯一下,就會(huì)明白我的用意了。對(duì)于要進(jìn)行復(fù)雜幾何網(wǎng)格劃分的版友,可以看看另一個(gè)講稿Meshing Complex Geometry,應(yīng)該會(huì)比較有幫助。

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