Fluent網(wǎng)格劃分經(jīng)驗

2016-10-05 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

如果是動網(wǎng)格,那么要求均勻,如果運動物體周圍要加密,最好使用邊界層網(wǎng)格,并通過動網(wǎng)格的passive參數(shù)讓這部分邊界層與運動剛體一起運動(即該部分邊界網(wǎng)格不重新劃分)
如果是靜態(tài)網(wǎng)格,則關(guān)鍵地方要密,而非關(guān)鍵地方可以疏點,但也要控制不要是的疏密比太大。
如圓柱繞流,則圓柱周圍及其流速方向的陰影部分均為關(guān)鍵區(qū)域,需要適當加密,這樣可以再精度和計算時間之間達到平衡。

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,計算時間要求,機子配置等等,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;因為這關(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)格拓撲,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。這一步有時可能不太清楚,自己有時都不知道什么樣的網(wǎng)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(wǎng)格圖片,體會體會。確定了網(wǎng)格拓撲之后,對模型進行劃分網(wǎng)格前的準備,比如分割啊,對尺度小對計算結(jié)果影響不大的次要幾何進行簡化,等等。
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)點的布置,對網(wǎng)格的質(zhì)量影響比較大,比如歪斜,長寬比,等等,節(jié)點密度在GAMBIT中可以通過很多的方法進行控制調(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)格可能有時比較麻煩,這就要求大家最好對那幾種網(wǎng)格策略比較了解,比如Quad-Map劃分方法所適用的模型形狀,在劃分的時候?qū)旤c類型及網(wǎng)格節(jié)點數(shù)的要求(Quad-Map,適用于邊數(shù)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(wǎng)格節(jié)點數(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。當出現(xiàn)了不能劃分的時候,可以根據(jù)GAMBIT給的提示進行修改頂點類型或網(wǎng)格節(jié)點數(shù)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(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)我個人的經(jīng)驗,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,計算結(jié)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(wǎng)格。在使用分塊混合網(wǎng)格時注意兩點:1)近壁使用邊界層網(wǎng)格,這對于近壁區(qū)的計算精度很有幫助,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,那個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。否則在計算時容易出現(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)過一段時間的論壇問題觀察,其實不然,有很多版友隨便劃分個網(wǎng)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(wǎng)格質(zhì)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(wǎng)格質(zhì)量的方法,網(wǎng)格導入Fluent中之后,grid->check,可以看看網(wǎng)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(wǎng)格質(zhì)量。
Fluent計算對網(wǎng)格質(zhì)量的幾個主要要求:
1)網(wǎng)格質(zhì)量參數(shù):
Skewness (不能高于0.95,最好在0.90以下;越小越好)
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)格可以適當放寬)
Alignment with the Flow(就是估計一下網(wǎng)格線與流動方向是否一致,要求盡量一致,以減少假擴散)
2)網(wǎng)格質(zhì)量對于計算收斂的影響:
高Skewness的單元對計算收斂影響很大,很多時候計算發(fā)散的原因就是網(wǎng)格中的僅僅幾個高Skewness的單元。
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(fā)散了!
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)量對精度的影響:
相鄰網(wǎng)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(xù)方程高殘差的原因。
網(wǎng)格線與流動是否一致也會影響計算精度。
4)網(wǎng)格單元形狀的影響:
非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格比結(jié)構(gòu)網(wǎng)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(jié)構(gòu)網(wǎng)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(jié)構(gòu)網(wǎng)格,在其他次要區(qū)域使用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。
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(shù)量級上的參考。推薦大家使用NASA的粘性網(wǎng)格間距計算器,設(shè)定你想要的y+值,它就能給你計算出第一層網(wǎng)格高度,與計算結(jié)果的y+很接近。
http://geolab.larc.nasa.gov/APPS/YPlus/
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。

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