網格劃分策略與網格質量檢查

2016-10-07 by:CAE仿真在線來源:互聯網

判斷網格質量的方面有:

Area單元面積,適用于2D單元,較為基本的單元質量特征。

Aspect Ratio長寬比,不同的網格單元有不同的計算方法,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對角線之比,僅適用于四邊形和六面體單元,默認是大于或等于1的,該值越高,說明單元越不規則,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通過單元夾角計算的歪斜度,在0到1之間,0為質量最好,1為質量最差。最好是要控制在0到0.4之間。

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

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

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。

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

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

Volume單元體積,僅適用于3D單元,劃分網格時應避免出現負體積。

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

以上只是針對Gambit幫助文件的簡單歸納,不同的軟件有不同的評價單元質量的指標,使用時最好仔細閱讀幫助文件。

另外,在Fluent中的窗口鍵入:grid quality然后回車,Fluent能檢查網格的質量,主要有以下三個指標:

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.關于網格劃分在數值仿真中的重要性,在此就不多說了,相信做這個的版友都了解。下面

4.我就說說GAMBIT學習和使用的一點感受吧。歡迎批評指正和補充,謝謝!

5.首先,在網格劃分之前,你最好從數值仿真的全局出發,比如精度要求,計算時間要求,機子配置等等,思考一下是使用結構網格,還是非結構網格,抑或是混合網格;因為這關系到接下來的網格劃分布置和劃分策略。然后,在確定了網格類型之后,就是根據模型情況,構思一下網格拓撲,就是自己要明確最終想得到什么樣的網格,比如翼型網格,是C型,還是O型;一個圓面是想得到“內方外圓”的銅錢幣類型的網格,還是一般的網格,等等。這一步有時可能不太清楚,自己有時都不知道什么樣的網格拓撲是合適的,那就需要平時多看看這方面的帖子,收集一些劃分比較好的網格圖片,體會體會。確定了網格拓撲之后,對模型進行劃分網格前的準備,比如分割啊,對尺度小對計算結果影響不大的次要幾何進行簡化,等等。

6.接著,劃分網格。劃分網格都是從線網格,面網格,到體網格的;線網格的劃分,也就是網格節點的布置,對網格的質量影響比較大,比如歪斜,長寬比,等等,節點密度在GAMBIT中可以通過很多的方法進行控制調整,大家可以看相關的資料。面網格的劃分,非結構的網格咱就不說了,結構網格可能有時比較麻煩,這就要求大家最好對那幾種網格策略比較了解,比如Quad-Map劃分方法所適用的模型形狀,在劃分的時候對頂點類型及網格節點數的要求(Quad-Map,適用于邊數大于或等于4的面,頂點要求為4個End類型,其他為Side類型,對應邊的網格節點數必須相等),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。當出現了不能劃分的時候,可以根據GAMBIT給的提示進行修改頂點類型或網格節點數來滿足劃分方法的要求。如果實在不能劃分,則退而求其次,改用其他方法進行劃分或者對面進行分割;等等。關于體網格的劃分,與面網格劃分所要注意的東西類似。另外,根據我個人的經驗,如果模型比較簡單規則,大家最好盡量使用結構網格,比較容易劃分,計算結果也比較好,計算時間也相對較短;對于復雜的幾何,在盡量少的損失精度的前提下,盡量使用分塊混合網格。在使用分塊混合網格時注意兩點:1)近壁使用邊界層網格,這對于近壁區的計算精度很有幫助,盡管使用足夠多的非結構網格可以得到相同的結果(倘若在近壁區使用網格不當,那個湍流粘性比超過限定值的警告就可能出現);2)分塊網格在分塊相鄰的地方一定要注意網格的銜接要平滑,相鄰網格的尺寸不能相差太大,盡量控制在1.2左右。否則在計算時容易出現不收斂或者高連續方程殘差的問題。最后,一定要記得預覽檢查網格的質量。如果網格的質量不好,你就不要抱著僥幸的心理交給Fluent計算了,那肯定是算不好的。所以劃分網格要有耐心,不斷地調整,直到滿足要求為止。原本我以為這一條大家都很在意,經過一段時間的論壇問題觀察,其實不然,有很多版友隨便劃分個網格就急切地導入到Fluent中計算,出問題是理所當然的,但提出的很多問題,有時實在讓人無能為力,幫不上忙。再說一遍,一定要檢查網格質量,如果不滿足要求,就不要導入到Fluent中計算了。一點小知識:1. Fluent檢查網格質量的方法,網格導入Fluent中之后,grid->check,可以看看網格大致情況,有無負體積,等等;在Fluent窗口輸入,grid quality然后回車,Fluent會顯示最主要的幾個網格質量。在這里我談一下,Fluent計算對網格質量的幾個主要要求:1)網格質量參數:

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,最高不能超過1.40)Aspect Ratio(一般控制在5:1以內,邊界層網格可以適當放寬)

9. Alignment with the Flow(就是估計一下網格線與流動方向是否一致,要求盡量一致,以減少假擴散)

10. 2)網格質量對于計算收斂的影響:

11.高Skewness的單元對計算收斂影響很大,很多時候計算發散的原因就是網格中的僅僅幾個高Skewness的單元。

12.舉個例子:共有112,000個單元,僅有7個單元的Skewness超過了0.95,在進行到73步迭代時計算就發散了!

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。3)網格質量對精度的影響:

14.相鄰網格單元尺寸變化較大,會大大降低計算精度,這也是為什么連續方程高殘差的原因。

15.網格線與流動是否一致也會影響計算精度。4)網格單元形狀的影響:

16.非結構網格比結構網格的截斷誤差大,因此,為提高計算精度計,請大家盡量使用結構網格,對于復雜幾何,在近壁這些對流動影響較大的地方盡量使用結構網格,在其他次要區域使用非結構網格。

17. 2.不要使用那些書上寫的y+與yp的計算公式,那個公式一般只能提供數量級上的參考。推薦大家使用NASA的粘性網格間距計算器,設定你想要的y+值,它就能給你計算出第一層網格高度,與計算結果的y+很接近。

18. 3.關于邊界層網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,在做粘性計算時,這個比值可以在100-1000之間,無粘有激波計算時,這個比值要相應小點兒,在10-100之間,因為要考慮激波捕捉精度問題。

19. 4. Gambit中相關默認設置的修改,請參考本站帖子,Fluent經典文檔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,學習Gambit劃分網格,有以下的這些資料應該就足夠了。對于初學者,可以先好好看看Gambit中文幫助,以及線網格與面網格劃分及Gambit的培訓講稿;對于對Gambit已經有一定了解的版友,可以看看Size Function和剩下的講稿資料,對Gambit有一個全新的認識。另外,如果大家在劃分網格時出了問題,請先看看Gambit的用戶手冊,學會自己解決問題;解決不了,再發帖提問。對于Gambit的一些瑣碎的東西,建議大家好好看看Gambit Tips & Tricks這個講稿,你把Tips和Tricks翻譯一下,就會明白我的用意了。對于要進行復雜幾何網格劃分的版友,可以看看另一個講稿Meshing Complex Geometry,應該會比較有幫助。

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