讓網(wǎng)格動(dòng)起來(lái)（7）—網(wǎng)格光順

FLUENT中的網(wǎng)格光順(smoothing)主要采用兩種方法:彈簧光順與擴(kuò)散光順。

其中彈簧光順包含有:彈簧光順、邊界層光順、拉普拉斯光順。

擴(kuò)散光順?lè)譃?基于壁面距離的擴(kuò)散光順與基于單元體積的擴(kuò)散光順。

一、彈簧/拉普拉斯/邊界層光順

1、彈簧光順需要設(shè)置的參數(shù)

主要有四個(gè)參數(shù)需要設(shè)置:Spring Constant Factor(彈簧常數(shù)因子),Boundary Node Relaxation(邊界節(jié)點(diǎn)松弛),Convergence Tolerance(收斂精度),Number of Iterations(迭代次數(shù))。如圖中橙色框選部分。

2、各參數(shù)作用

彈簧常數(shù)因子:取值范圍[0,1]?？梢酝ㄟ^(guò)該值來(lái)調(diào)整彈簧剛度的大小。該值為0表示彈簧間沒(méi)有阻尼,邊界運(yùn)動(dòng)會(huì)影響到更多的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)。該參數(shù)的默認(rèn)值為1。在實(shí)際應(yīng)用中,若發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)邊界附近網(wǎng)格堆積嚴(yán)重,可適當(dāng)調(diào)小此參數(shù),將位移擴(kuò)散出去。

邊界節(jié)點(diǎn)松弛:網(wǎng)格位置更新時(shí)使用的參數(shù)。取值范圍[0,1]。0表示沒(méi)有進(jìn)行網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)保持不變,1表示不使用松弛處理。該參數(shù)默認(rèn)為1。調(diào)整該參數(shù)可以控制每次網(wǎng)格更新的節(jié)點(diǎn)位置。通常使用默認(rèn)值即可。

迭代精度:網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)位移值是通過(guò)求解平衡方程得到的。本參數(shù)即控制方程的求解精度。一般保持默認(rèn)值。

迭代次數(shù):與迭代精度作用相同。用于平衡方程的求解控制。迭代方程如下。通常該參數(shù)保持默認(rèn)即可。

3、彈簧光順?lè)椒ǖ倪m應(yīng)性(譯自用戶手冊(cè))

(1)適用于任何變形或運(yùn)動(dòng)的單元或面域。更適用于四面體/三角形網(wǎng)格

(2)在非四面體/三角形網(wǎng)格域中,建議在以下一些情況下使用彈簧光順?lè)椒?(a)邊界運(yùn)動(dòng)在某一方向上具有明顯優(yōu)勢(shì)(b)運(yùn)動(dòng)主要沿運(yùn)動(dòng)邊界的法向方向。

其它的非四邊形/非四面體網(wǎng)格域(尤其是多面體網(wǎng)格域),建議使用擴(kuò)散光順?lè)椒ā?/span>

注意:默認(rèn)情況下,在非四面體/四邊形網(wǎng)格上,彈簧光順?lè)椒ㄊ顷P(guān)閉的。用戶可以使用TUI命令激活:define > dynamic-mesh > controls > smoothing-paramters > spring-on-all-shapes?

二、擴(kuò)散光順

1、擴(kuò)散光順

擴(kuò)散光順是通過(guò)求解擴(kuò)散方程來(lái)獲得網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的位移的。

只有一個(gè)參數(shù)需要設(shè)置:擴(kuò)散參數(shù)α。

擴(kuò)散系數(shù)是通過(guò)擴(kuò)散參數(shù)得到的。如下兩公式求得擴(kuò)散系數(shù)γ。

與,式中的d為壁面正則距離,v為正則體積。

用戶可以通過(guò)TUI命令設(shè)置迭代次數(shù)與收斂精度。通常很少進(jìn)行設(shè)置。

define > dynamic-mesh > controls > smoothing-parameters > max-iter
define > dynamic-mesh > controls > smoothing-parameters > relative-convergence-tolerance

2、基于壁面距離的網(wǎng)格擴(kuò)散光順

基于壁面距離的擴(kuò)散光順允許用戶將邊界網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散至內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的規(guī)律定義為壁面距離的函數(shù)。減少遠(yuǎn)離運(yùn)動(dòng)邊界的擴(kuò)散能夠使這些區(qū)域吸收更多的網(wǎng)格運(yùn)動(dòng),同時(shí)更好的保持運(yùn)動(dòng)壁面附近的網(wǎng)格質(zhì)量。

用戶可以通過(guò)調(diào)整diffusion parameter來(lái)控制網(wǎng)格擴(kuò)散,該參數(shù)的取值范圍[0,2]。該參數(shù)默認(rèn)為0,意味著擴(kuò)散參數(shù)為1,也即整個(gè)計(jì)算域采用相同程度的擴(kuò)散。

擴(kuò)散參數(shù)越大,則更多的保持近壁面網(wǎng)格,遠(yuǎn)離運(yùn)動(dòng)邊界的位置將吸收更多的網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)。

對(duì)于邊界旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),通常將擴(kuò)散參數(shù)設(shè)置為1.5

默認(rèn)情況下,fluent使用標(biāo)準(zhǔn)壁面距離。該方法使用最近的壁面邊界進(jìn)行正則化。請(qǐng)注意此方法是不包括其它邊界類型(如inlet,outlet,symmetry,周期邊界等),只使用wall壁面邊界。用戶可以使用"generalized“壁面距離,該方法使用一切未聲明為變形的邊界,而不管邊界的類型。兩種方法均使用所有變形網(wǎng)格區(qū)域中發(fā)現(xiàn)的最大距離進(jìn)行正則化。

用戶可以使用TUI命令設(shè)置fluent使用廣義邊界:

define>dynamic-mesh>controls>smoothing-parameters>boundary-distance-method

3、基于單元體積的網(wǎng)格擴(kuò)散光順

• 允許用戶將邊界運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散至內(nèi)部區(qū)域定義為單元尺寸的函數(shù)。在大網(wǎng)格上減小擴(kuò)散助于使這些網(wǎng)格吸收更多的網(wǎng)格變形,能更好的保持小體積單元的網(wǎng)格質(zhì)量。
• 與基于壁面距離的網(wǎng)格擴(kuò)散相同,用戶也可通過(guò)調(diào)整擴(kuò)散參數(shù)來(lái)控制擴(kuò)散系數(shù)。默認(rèn)擴(kuò)散參數(shù)為0表示采用統(tǒng)一的擴(kuò)散。更大的擴(kuò)散參數(shù)將會(huì)使更大的體積的網(wǎng)格吸收更多的變形。
• 擴(kuò)散參數(shù)取值范圍:[0,2]

4、擴(kuò)散光順?lè)椒ǖ倪m應(yīng)性

• 能夠應(yīng)用于任何類型的運(yùn)動(dòng)或變形網(wǎng)格。
• 擴(kuò)散光順?lè)椒ū葟椈晒忭樣?jì)算開(kāi)銷要大(隱式求解擴(kuò)散方程。而彈簧光順是顯式計(jì)算節(jié)點(diǎn)位移),但是能夠得到較好的網(wǎng)格質(zhì)量(特別是對(duì)于非四面體/非三角形網(wǎng)格及多面體網(wǎng)格)。
• 更適合于平移運(yùn)動(dòng)。
• 擴(kuò)散光順?lè)椒ㄅc邊界層光順?lè)椒懊鎱^(qū)域重構(gòu)方法不兼容。