让网格动起来（7）—网格光顺

FLUENT中的网格光顺(smoothing)主要采用两种方法:弹簧光顺与扩散光顺。

其中弹簧光顺包含有:弹簧光顺、边界层光顺、拉普拉斯光顺。

扩散光顺分为:基于壁面距离的扩散光顺与基于单元体积的扩散光顺。

一、弹簧/拉普拉斯/边界层光顺

1、弹簧光顺需要设置的参数

主要有四个参数需要设置:Spring Constant Factor(弹簧常数因子),Boundary Node Relaxation(边界节点松弛),Convergence Tolerance(收敛精度),Number of Iterations(迭代次数)。如图中橙色框选部分。

2、各参数作用

弹簧常数因子:取值范围[0,1]。可以通过该值来调整弹簧刚度的大小。该值为0表示弹簧间没有阻尼,边界运动会影响到更多的内部节点。该参数的默认值为1。在实际应用中,若发现运动边界附近网格堆积严重,可适当调小此参数,将位移扩散出去。

边界节点松弛:网格位置更新时使用的参数。取值范围[0,1]。0表示没有进行网格节点保持不变,1表示不使用松弛处理。该参数默认为1。调整该参数可以控制每次网格更新的节点位置。通常使用默认值即可。

迭代精度:网格节点位移值是通过求解平衡方程得到的。本参数即控制方程的求解精度。一般保持默认值。

迭代次数:与迭代精度作用相同。用于平衡方程的求解控制。迭代方程如下。通常该参数保持默认即可。

3、弹簧光顺方法的适应性(译自用户手册)

(1)适用于任何变形或运动的单元或面域。更适用于四面体/三角形网格

(2)在非四面体/三角形网格域中,建议在以下一些情况下使用弹簧光顺方法:(a)边界运动在某一方向上具有明显优势(b)运动主要沿运动边界的法向方向。

其它的非四边形/非四面体网格域(尤其是多面体网格域),建议使用扩散光顺方法。

注意:默认情况下,在非四面体/四边形网格上,弹簧光顺方法是关闭的。用户可以使用TUI命令激活:define > dynamic-mesh > controls > smoothing-paramters > spring-on-all-shapes?

二、扩散光顺

1、扩散光顺

扩散光顺是通过求解扩散方程来获得网格节点的位移的。

只有一个参数需要设置:扩散参数α。

扩散系数是通过扩散参数得到的。如下两公式求得扩散系数γ。

与,式中的d为壁面正则距离,v为正则体积。

用户可以通过TUI命令设置迭代次数与收敛精度。通常很少进行设置。

define > dynamic-mesh > controls > smoothing-parameters > max-iter
define > dynamic-mesh > controls > smoothing-parameters > relative-convergence-tolerance

2、基于壁面距离的网格扩散光顺

基于壁面距离的扩散光顺允许用户将边界网格运动扩散至内部节点的规律定义为壁面距离的函数。减少远离运动边界的扩散能够使这些区域吸收更多的网格运动,同时更好的保持运动壁面附近的网格质量。

用户可以通过调整diffusion parameter来控制网格扩散,该参数的取值范围[0,2]。该参数默认为0,意味着扩散参数为1,也即整个计算域采用相同程度的扩散。

扩散参数越大,则更多的保持近壁面网格,远离运动边界的位置将吸收更多的网格运动。

对于边界旋转运动,通常将扩散参数设置为1.5

默认情况下,fluent使用标准壁面距离。该方法使用最近的壁面边界进行正则化。请注意此方法是不包括其它边界类型(如inlet,outlet,symmetry,周期边界等),只使用wall壁面边界。用户可以使用"generalized“壁面距离,该方法使用一切未声明为变形的边界,而不管边界的类型。两种方法均使用所有变形网格区域中发现的最大距离进行正则化。

用户可以使用TUI命令设置fluent使用广义边界:

define>dynamic-mesh>controls>smoothing-parameters>boundary-distance-method

3、基于单元体积的网格扩散光顺

• 允许用户将边界运动扩散至内部区域定义为单元尺寸的函数。在大网格上减小扩散助于使这些网格吸收更多的网格变形,能更好的保持小体积单元的网格质量。
• 与基于壁面距离的网格扩散相同,用户也可通过调整扩散参数来控制扩散系数。默认扩散参数为0表示采用统一的扩散。更大的扩散参数将会使更大的体积的网格吸收更多的变形。
• 扩散参数取值范围:[0,2]

4、扩散光顺方法的适应性

• 能够应用于任何类型的运动或变形网格。
• 扩散光顺方法比弹簧光顺计算开销要大(隐式求解扩散方程。而弹簧光顺是显式计算节点位移),但是能够得到较好的网格质量(特别是对于非四面体/非三角形网格及多面体网格)。
• 更适合于平移运动。
• 扩散光顺方法与边界层光顺方法及面区域重构方法不兼容。