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[CFD及热分析] 关于CFD网格的结构化与非结构化:结构化网格是首选

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发表于 2018-2-2 16:29 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  CFD网格的分类,如果按照构成形式分,可以分为结构化和非结构化

  结构化网格
  结构化网格只能有六面体一种网格单元,六面体顾名思义,也就是有六个面,但这里要区分一下六面体和长方体。长方体(也就是所有边都是两两正交的六面体)是最理想完美的六面体网格。但如果边边不是正交,一般就说网格单元有扭曲(skewed),但绝大多数情况下,是不可能得到完全没有扭曲的六面体网格的。

  结构化网格一般用skewness来评估网格的质量:
1.png
  这里V是网格的体积,a、b、c是六面体长,宽和斜边。sknewness越接近1,网格质量就越好,很明显对于长方体,sknewness=1。那些扭曲很厉害的网格,sknewness很小。一般说如果所有网格sknewness>0.1也就可以了。

  结构化网格是有分区的。简单说就是每一个六面体单元是有它的坐标的,这些坐标用:分区号码(B)、I、J、K四个数字代表的。区和区之间有数据交换。比如一个单元,它的属性是B=1,I=2,J=3,K=4。其实整个结构化单元的概念就是CFD计算从物理空间到计算空间mapping的概念。I、J、K可以认为是空间x、y、z在结构化网格结构中的变量。

  非机构化网格
  非机构化网格可以是多种形状,四面体(也就三角的形状),六面体,棱形。对任何网格,都是希望网格单元越规则越好,比如六面体希望是长方形,对于四面体,高质量的四面体网格就是正四面体。sknewness的概念这里同样适用,sknewness越小,网格形状相比正方形或者正四面体就越扭曲。越接近1就越好。

  很明显非结构化网格也可以是六面体,但非结构化六面体网格没有什么B、I、J、K的概念,他们就是充满整个空间。

  对于复杂形状,结构化网格比较难以生成。主要是生成时候要建立拓扑,拓扑是个外来词,英语是topology,所以不要试图从字面上来理解它的意思。其实拓扑就是指一种有点和线组成的结构。工人建房子,需要先搭房粱,立房柱子,然后再砌砖头。拓扑其实就是房子的结构。这么理解拓扑比较容易些,以后认识多了,就能彻底通了。

  生成结构化网格的软件gridgen,icem等等都是需要你去建立拓扑,也就是结构,然后软件好根据你的机构来建立网格,或者砌砖头,呵呵。

  非结构化网格的生成相对简单,四面体网格基本就是简单的填充,非结构化六面体网格生成还有些复杂的,但仍然比结构化的建立拓扑简单多。比如gambit的非结构化六面体网格是建立在从一个面到另外一个面扫描(sweep)的基础上的。Numeca公司的hexpress的非结构化六面体网格是用的一种吸附的方法。反正你还是要花点功夫。

  另外一点就是,结构化网格可以直接应用于各种非结构化网格的CFD软件,比如你在gridgen里面生成了一个结构化网格,用fluent读入就可以了。fluent是非结构化网格CFD软件,它会忽略那些结构化网格的结构信息(也就是B、I、J、K),当成简单的非结构网格读入。非结构化六面体网格就不能用在结构化网格的CFD求解器了。

  结构化网格仍然是CFD工程师的首选。非结构化六面体网格也还凑合,四面体网格我就不喜欢了。数量多,计算慢,后处理难看。简单说,如果非结构化即快又好,结构化网格早就被淘汰了。

  总结
  结构化六面体:建立拓扑(所有软件gridgen,icem什么的都是一种拓扑概念,界面不一样罢了),生成网格非结构化六面体:学习软件,gambit用扫描方法,hexpress用吸附方法,按照步骤就行了。

  非结构化四面体:简单,看两页教程,搞定,就是简单填充,没什么技术含量!

  其他非结构化网格,棱形等等:学习软件,按照步骤,很容易。

  不管用什么网格软件,我们最好有比较扎实的CAD(pro/e、solidworksUG什么的)基础。熟练的CAD技术太重要了。

  本文转载自仿真科技论坛,原文来源于和讯家园rener任的博客。

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