网格划分策略与网格质量检查

2016-10-07 by:CAE仿真在线来源:互联网

判断网格质量的方面有:

Area单元面积,适用于2D单元,较为基本的单元质量特征。

Aspect Ratio长宽比,不同的网格单元有不同的计算方法,等于1是最好的单元,如正三角形,正四边形,正四面体,正六面体等;一般情况下不要超过5:1.

Diagonal Ratio对角线之比,仅适用于四边形和六面体单元,默认是大于或等于1的,该值越高,说明单元越不规则,最好等于1,也就是正四边形或正六面体。Edge Ratio长边与最短边长度之比,大于或等于1,最好等于1,解释同上。

EquiAngle Skew通过单元夹角计算的歪斜度,在0到1之间,0为质量最好,1为质量最差。最好是要控制在0到0.4之间。

EquiSize Skew通过单元大小计算的歪斜度,在0到1之间,0为质量最好,1为质量最差。2D质量好的单元该值最好在0.1以内,3D单元在0.4以内。

MidAngle Skew通过单元边中点连线夹角计算的歪斜度,仅适用于四边形和六面体单元,在0到1之间,0为质量最好,1为质量最差。

Size Change相邻单元大小之比,仅适用于3D单元,最好控制在2以内。

Stretch伸展度。通过单元的对角线长度与边长计算出来的,仅适用于四边形和六面体单元,在0到1之间,0为质量最好,1为质量最差。

Taper锥度。仅适用于四边形和六面体单元,在0到1之间,0为质量最好,1为质量最差。

Volume单元体积,仅适用于3D单元,划分网格时应避免出现负体积。

Warpage翘曲。仅适用于四边形和六面体单元,在0到1之间,0为质量最好,1为质量最差。

以上只是针对Gambit帮助文件的简单归纳,不同的软件有不同的评价单元质量的指标,使用时最好仔细阅读帮助文件。

另外,在Fluent中的窗口键入:grid quality然后回车,Fluent能检查网格的质量,主要有以下三个指标:

1. Maxium cell squish:如果该值等于1,表示得到了很坏的单元;

2. 2.Maxium cell skewness:该值在0到1之间,0表示最好,1表示最坏;3.Maxium 'aspect-ratio': 1表示最好

3.关于网格划分在数值仿真中的重要性,在此就不多说了,相信做这个的版友都了解。下面

4.我就说说GAMBIT学习和使用的一点感受吧。欢迎批评指正和补充,谢谢!

5.首先,在网格划分之前,你最好从数值仿真的全局出发,比如精度要求,计算时间要求,机子配置等等,思考一下是使用结构网格,还是非结构网格,抑或是混合网格;因为这关系到接下来的网格划分布置和划分策略。然后,在确定了网格类型之后,就是根据模型情况,构思一下网格拓扑,就是自己要明确最终想得到什么样的网格,比如翼型网格,是C型,还是O型;一个圆面是想得到“内方外圆”的铜钱币类型的网格,还是一般的网格,等等。这一步有时可能不太清楚,自己有时都不知道什么样的网格拓扑是合适的,那就需要平时多看看这方面的帖子,收集一些划分比较好的网格图片,体会体会。确定了网格拓扑之后,对模型进行划分网格前的准备,比如分割啊,对尺度小对计算结果影响不大的次要几何进行简化,等等。

6.接着,划分网格。划分网格都是从线网格,面网格,到体网格的;线网格的划分,也就是网格节点的布置,对网格的质量影响比较大,比如歪斜,长宽比,等等,节点密度在GAMBIT中可以通过很多的方法进行控制调整,大家可以看相关的资料。面网格的划分,非结构的网格咱就不说了,结构网格可能有时比较麻烦,这就要求大家最好对那几种网格策略比较了解,比如Quad-Map划分方法所适用的模型形状,在划分的时候对顶点类型及网格节点数的要求(Quad-Map,适用于边数大于或等于4的面,顶点要求为4个End类型,其他为Side类型,对应边的网格节点数必须相等),以此类推,其他的划分方法也有这方面的要求以及适合的形状。当出现了不能划分的时候,可以根据GAMBIT给的提示进行修改顶点类型或网格节点数来满足划分方法的要求。如果实在不能划分,则退而求其次,改用其他方法进行划分或者对面进行分割;等等。关于体网格的划分,与面网格划分所要注意的东西类似。另外,根据我个人的经验,如果模型比较简单规则,大家最好尽量使用结构网格,比较容易划分,计算结果也比较好,计算时间也相对较短;对于复杂的几何,在尽量少的损失精度的前提下,尽量使用分块混合网格。在使用分块混合网格时注意两点:1)近壁使用边界层网格,这对于近壁区的计算精度很有帮助,尽管使用足够多的非结构网格可以得到相同的结果(倘若在近壁区使用网格不当,那个湍流粘性比超过限定值的警告就可能出现);2)分块网格在分块相邻的地方一定要注意网格的衔接要平滑,相邻网格的尺寸不能相差太大,尽量控制在1.2左右。否则在计算时容易出现不收敛或者高连续方程残差的问题。最后,一定要记得预览检查网格的质量。如果网格的质量不好,你就不要抱着侥幸的心理交给Fluent计算了,那肯定是算不好的。所以划分网格要有耐心,不断地调整,直到满足要求为止。原本我以为这一条大家都很在意,经过一段时间的论坛问题观察,其实不然,有很多版友随便划分个网格就急切地导入到Fluent中计算,出问题是理所当然的,但提出的很多问题,有时实在让人无能为力,帮不上忙。再说一遍,一定要检查网格质量,如果不满足要求,就不要导入到Fluent中计算了。一点小知识:1. Fluent检查网格质量的方法,网格导入Fluent中之后,grid->check,可以看看网格大致情况,有无负体积,等等;在Fluent窗口输入,grid quality然后回车,Fluent会显示最主要的几个网格质量。在这里我谈一下,Fluent计算对网格质量的几个主要要求:1)网格质量参数:

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以内,最高不能超过1.40)Aspect Ratio(一般控制在5:1以内,边界层网格可以适当放宽)

9. Alignment with the Flow(就是估计一下网格线与流动方向是否一致,要求尽量一致,以减少假扩散)

10. 2)网格质量对于计算收敛的影响:

11.高Skewness的单元对计算收敛影响很大,很多时候计算发散的原因就是网格中的仅仅几个高Skewness的单元。

12.举个例子:共有112,000个单元,仅有7个单元的Skewness超过了0.95,在进行到73步迭代时计算就发散了!

13.高长宽比的单元使离散方程刚性增加,使迭代收敛减慢,甚至困难。也就是说,Aspect Ratio尽量控制在推荐值之内。3)网格质量对精度的影响:

14.相邻网格单元尺寸变化较大,会大大降低计算精度,这也是为什么连续方程高残差的原因。

15.网格线与流动是否一致也会影响计算精度。4)网格单元形状的影响:

16.非结构网格比结构网格的截断误差大,因此,为提高计算精度计,请大家尽量使用结构网格,对于复杂几何,在近壁这些对流动影响较大的地方尽量使用结构网格,在其他次要区域使用非结构网格。

17. 2.不要使用那些书上写的y+与yp的计算公式,那个公式一般只能提供数量级上的参考。推荐大家使用NASA的粘性网格间距计算器,设定你想要的y+值,它就能给你计算出第一层网格高度,与计算结果的y+很接近。

18. 3.关于边界层网格高度与长度的比例,有本CFD书上说,大概在1/sqrt(Re)就可以;另外,也有这种说法,在做粘性计算时,这个比值可以在100-1000之间,无粘有激波计算时,这个比值要相应小点儿,在10-100之间,因为要考虑激波捕捉精度问题。

19. 4. Gambit中相关默认设置的修改,请参考本站帖子,Fluent经典文档White Papaers中的Gambit Defaults。5.Size Function介绍:

20.以下我推荐的这些资料,我觉得都是非常好的,学习Gambit划分网格,有以下的这些资料应该就足够了。对于初学者,可以先好好看看Gambit中文帮助,以及线网格与面网格划分及Gambit的培训讲稿;对于对Gambit已经有一定了解的版友,可以看看Size Function和剩下的讲稿资料,对Gambit有一个全新的认识。另外,如果大家在划分网格时出了问题,请先看看Gambit的用户手册,学会自己解决问题;解决不了,再发帖提问。对于Gambit的一些琐碎的东西,建议大家好好看看Gambit Tips & Tricks这个讲稿,你把Tips和Tricks翻译一下,就会明白我的用意了。对于要进行复杂几何网格划分的版友,可以看看另一个讲稿Meshing Complex Geometry,应该会比较有帮助。

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