Fluent網(wǎng)格劃分經(jīng)驗(yàn)

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

如果是動(dòng)網(wǎng)格,那么要求均勻,如果運(yùn)動(dòng)物體周圍要加密,最好使用邊界層網(wǎng)格,并通過(guò)動(dòng)網(wǎng)格的passive參數(shù)讓這部分邊界層與運(yùn)動(dòng)剛體一起運(yùn)動(dòng)(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(diǎn),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(dāng)加密,這樣可以再精度和計(jì)算時(shí)間之間達(dá)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(jì)算時(shí)間要求,機(jī)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?yàn)檫@關(guān)系到接下來(lái)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?fù)?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(gè)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(shí)可能不太清楚,自己有時(shí)都不知道什么樣的網(wǎng)格拓?fù)涫呛线m的,那就需要平時(shí)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(huì)體會(huì)。確定了網(wǎng)格拓?fù)渲?對(duì)模型進(jìn)行劃分網(wǎng)格前的準(zhǔn)備,比如分割啊,對(duì)尺度小對(duì)計(jì)算結(jié)果影響不大的次要幾何進(jìn)行簡(jiǎn)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(diǎn)的布置,對(duì)網(wǎng)格的質(zhì)量影響比較大,比如歪斜,長(zhǎng)寬比,等等,節(jié)點(diǎn)密度在GAMBIT中可以通過(guò)很多的方法進(jìn)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(shuō)了,結(jié)構(gòu)網(wǎng)格可能有時(shí)比較麻煩,這就要求大家最好對(duì)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(shí)候?qū)旤c(diǎn)類型及網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)的要求(Quad-Map,適用于邊數(shù)大于或等于4的面,頂點(diǎn)要求為4個(gè)End類型,其他為Side類型,對(duì)應(yīng)邊的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)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(dāng)出現(xiàn)了不能劃分的時(shí)候,可以根據(jù)GAMBIT給的提示進(jìn)行修改頂點(diǎn)類型或網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)來(lái)滿足劃分方法的要求。如果實(shí)在不能劃分,則退而求其次,改用其他方法進(jìn)行劃分或者對(duì)面進(jìn)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(gè)人的經(jīng)驗(yàn),如果模型比較簡(jiǎn)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(jì)算結(jié)果也比較好,計(jì)算時(shí)間也相對(duì)較短;對(duì)于復(fù)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(shí)注意兩點(diǎn):1)近壁使用邊界層網(wǎng)格,這對(duì)于近壁區(qū)的計(jì)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(dāng),那個(gè)湍流粘性比超過(guò)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(jì)算時(shí)容易出現(xiàn)不收斂或者高連續(xù)方程殘差的問(wèn)題。
最后,一定要記得預(yù)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(jì)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(guò)一段時(shí)間的論壇問(wèn)題觀察,其實(shí)不然,有很多版友隨便劃分個(gè)網(wǎng)格就急切地導(dǎo)入到Fluent中計(jì)算,出問(wèn)題是理所當(dāng)然的,但提出的很多問(wèn)題,有時(shí)實(shí)在讓人無(wú)能為力,幫不上忙。再說(shuō)一遍,一定要檢查網(wǎng)格質(zhì)量,如果不滿足要求,就不要導(dǎo)入到Fluent中計(jì)算了。
一點(diǎn)小知識(shí):
1. Fluent檢查網(wǎng)格質(zhì)量的方法,網(wǎng)格導(dǎo)入Fluent中之后,grid->check,可以看看網(wǎng)格大致情況,有無(wú)負(fù)體積,等等;在Fluent窗口輸入,grid quality然后回車,Fluent會(huì)顯示最主要的幾個(gè)網(wǎng)格質(zhì)量。
Fluent計(jì)算對(duì)網(wǎng)格質(zhì)量的幾個(gè)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(guò)1.40)
Aspect Ratio (一般控制在5:1以內(nèi),邊界層網(wǎng)格可以適當(dāng)放寬)
Alignment with the Flow(就是估計(jì)一下網(wǎng)格線與流動(dòng)方向是否一致,要求盡量一致,以減少假擴(kuò)散)
2)網(wǎng)格質(zhì)量對(duì)于計(jì)算收斂的影響:
高Skewness的單元對(duì)計(jì)算收斂影響很大,很多時(shí)候計(jì)算發(fā)散的原因就是網(wǎng)格中的僅僅幾個(gè)高Skewness的單元。
舉個(gè)例子:共有112,000個(gè)單元,僅有7個(gè)單元的Skewness超過(guò)了0.95,在進(jìn)行到73步迭代時(shí)計(jì)算就發(fā)散了!
高長(zhǎng)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(shuō),Aspect Ratio盡量控制在推薦值之內(nèi)。
3)網(wǎng)格質(zhì)量對(duì)精度的影響:
相鄰網(wǎng)格單元尺寸變化較大,會(huì)大大降低計(jì)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(dòng)是否一致也會(huì)影響計(jì)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?cái)嗾`差大,因此,為提高計(jì)算精度計(jì),請(qǐng)大家盡量使用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,對(duì)于復(fù)雜幾何,在近壁這些對(duì)流動(dòng)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(jì)算公式,那個(gè)公式一般只能提供數(shù)量級(jí)上的參考。推薦大家使用NASA的粘性網(wǎng)格間距計(jì)算器,設(shè)定你想要的y+值,它就能給你計(jì)算出第一層網(wǎng)格高度,與計(jì)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(zhǎng)度的比例,有本CFD書上說(shuō),大概在1/sqrt(Re)就可以;另外,也有這種說(shuō)法,在做粘性計(jì)算時(shí),這個(gè)比值可以在100-1000之間,無(wú)粘有激波計(jì)算時(shí),這個(gè)比值要相應(yīng)小點(diǎn)兒,在10-100之間,因?yàn)橐紤]激波捕捉精度問(wèn)題。

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