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网格生成的最先进
发布周图01,2001 @ 08:26PM
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Grid Generation 网格生成经常引用最重要和最重要的 耗时的CFD分析部分。网格剧的质量 无论流动求解器如何,对分析质量的直接作用 用过的。另外,求解器将更加坚固和高效 使用良好的构造网格时。 考虑到这一点,这对CFD分析师来说很重要 知道并理解所有各种网格生成方法。 只有通过了解所有方法,他或她可以选择合适的工具 解决手头的问题。

在本文中,我将描述最新的艺术状态 CFD网格生成。我会限制自己的方法 目前在生产软件和广泛使用中可用 我会描述每个的优势和弱点。


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结构栅格方法

结构化网格方法从网格铺设的事实中取出他们的名字 以常规的重复模式为块。 These types of grids 利用3D中的2D和HexaheDral元素中的四边形元素 多块结构  grid 计算上矩形数组。虽然元素拓扑是固定的, the grid can 成形为通过拉伸和扭转块的身体。 真正良好的结构电网发电机利用复杂的椭圆方程式 自动优化网状物的形状以进行正交性和均匀性。

它曾经是结构化网格只能由一个块组成。这 用户被迫在一个街区和各种细胞标记到期 方案用于“关闭”块的部分以模拟障碍物。 以后,开发了多块结构电网生成方案 这允许多个块连接在一起以构建 整个领域。多年来,几个阻止连接方法的块 进化。这些包括指向点,其中块必须拓扑地匹配 在边界上,很多指向一点,块 必须是拓扑上相似的, 但在边界中不一样, 任意连接,块必须在物理上相似 边界,但可以具有重要的拓扑差异。而多块 网格为用户提供更多自由构建网格,块 连接要求可能是限制性的,并且通常难以构造。 另外,各种程度 块连接自由以牺牲解决方案准确性为代价 并求解鲁棒性。

 翻倒  structured grid 还有另一种结构化网格方法,旨在避免 与块连接相关的问题。 嵌合体或推销网格 方法允许各个块符合物理边界, 但是在块连接处是自由形式和重叠。复杂的 后处理程序在重叠网格上运行以确定 块边界周围的“孔切割”位置和插值因子。 这些方法在用户方便中获得了哪些方法,通常放弃 溶液精度。但是,这些方法可以是几何形状的推动力 与传统方法的任务太令人生畏(建模 带移动转子刀片和飞机商店分离的直升机是 cases in point).

结构化网格在其他网格方法中享有相当大的优势 因为他们允许用户 高度控制。因为用户放置控制点和边缘 交互方式,他在定位网格时完全自由。 此外,六面前和四边形元素,非常 高效填充空间,支持大量的偏斜和 在解决方案之前伸展将显着 已经实现。这允许用户在区域中自然凝结点 流动场中的高梯度并扩展到较少密集的包装 远离这些地区。 此外,因为用户交互地铺设了元素,所以 网格最常流动对齐,从而产生更高的准确性 在求解器内。通常,结构块流量溶剂 要求给定的网格大小和执行的最低存储量 更快,因为它们针对网格的结构化布局进行了优化。 最后,在结构化块网格上的结果后处理结果是 通常是一个更容易的任务,因为逻辑网格平面使得优秀 用于检查流场并绘制结果的参考点。

结构化块网格的主要缺点是时间和专业知识 需要为整个模型布置最佳块结构。 这通常会归结为过去的用户体验和蛮力展示 控制点和边缘。一些几何形状,例如。浅锥和楔形, 不要借给结构化块拓扑。在这些领域, 用户被迫将元素伸展或扭转到急剧上的程度 影响求解器精度和性能。 网格生成时间通常在不超过几周内测量。

非结构化网格方法

非结构化网格方法利用任意收集元素 填补域名。因为元素的安排没有 可辨别的模式,网格称为非结构化。 这些类型的网格通常在3D中使用2D和四面体中的三角形。 虽然有一些可以生成非结构化四边形的代码 2D中的元素,目前没有生产代码可以 在3D中产生非结构化的六面体元素。  非结构化  grid 与结构栅格一样,元件可以拉伸和扭曲 适合域名。这些方法具有自动化的能力 到大程度。鉴于一个好的CAD模型,一个好的默认者可以自动 将三角形放在表面上,在体积中的尺寸和四面体中 来自用户的很少输入。通常是自动网格化算法 涉及啮合边界,然后添加元素触摸 边界(前进的前线)或内部添加点 重新连接要素(Delaunay)。

非结构化网格方法的优点是它们非常自动化 因此,需要很少的用户时间或努力。 用户无需担心铺设块结构或连接。 此外,非结构化网格方法非常适合于缺乏经验的用户 因为它们需要很少的用户输入,并且会生成有效的网格 在大多数情况下。 非结构化方法也使得非常大的解决方案 在相对较短的时间内的详细问题。 网格生成时间通常在几分钟或时间以分钟为单位测量。

非结构化网格的主要缺点是缺乏用户控制 铺设网格时。通常,任何用户的参与都是有限的 与模板自动填充的网格的边界 内部的。三角形和四面体元素有问题 它们不伸展或扭曲,因此,网格仅限于 在很大程度上是各向同性的,即。所有元素大致相同 和形状。在尝试在a中改进网格时,这是一个主要问题 局域,通常整个网格必须更加细化,以便获得 本地要求的点密度。这些方法的另一个缺点是 他们对良好的CAD数据依赖。大多数啮合故障都是 由于CAD模型中的一些(可能的minuscule)错误。 通常是非结构化的流量求解器 需要更多的内存并具有比结构化网格更长的执行时间 在类似的网格上的求解器。在非结构化上处理解决方案 网格需要强大的工具,用于将结果插入平面和 旋转表面以更容易查看。

混合网格方法

混合网格方法旨在利用积极的方面 结构化和非结构化网格。混合网格利用 使用非结构化网格的当地区域某些形式的结构化网格 在大部分域名。

杂交网格可以含有六面前列,四面体, 3D和三角形的棱柱形和金字塔元素在2D中的三角形和四边形。 根据其优点和缺点使用各种元件。 六面前列元素近乎固定边界(在哪里 流场梯度高),并且用户提供高度的用户 控制,但耗时耗时。 棱柱元素(通常是挤压成楔形的三角形)是有用的 用于解决靠近墙梯级,但遭受他们的事实 由于底层,难以在横向方向上聚集 三角形结构。在几乎所有情况下,使用四面体元素 填补剩余的卷。金字塔元素用于转换 从六面胶片元素到四面体元素。许多代码试图自动化 通过允许用户定义棱柱形网格的产生 表面网,然后脱落表面以创建3D元素。 挤出过程非常有用和有效,挤出过程 可以分解高曲率或尖锐的不连续的区域附近。

 准结构  grid 另一种类型的混合网格是准结构或“Cooper”网格 方法。虽然基本上是一种棱镜电网挤出技术的形式, 准结构方法确实允许一些复杂的形式 在CAD实体模型中使用扫描概念生长3D网格。

混合网格方法的优点是您可以利用 地区结构栅格元件的正性质 需要它们最多,并使用自动非结构化网格技术 在流场中没有太多的地方。控制态度 栅极的形状和分布在局部是一个强大的工具 它可以产生出色的网格。

混合方法的缺点是它们可能难以使用 并要求用户专业知识铺设出各种结构 网格位置和属性以获得最佳效果。 混合方法通常不那么强大 比非结构化方法。产生结构的部分 由于复杂的几何形状或用户输入错误,网格通常会失败。 虽然流动求解器将使用比a更多的资源 结构块代码,它应该非常类似于非结构化代码。 处理混合网格上的流场解决方案遭受了 与非结构化网格相同的缺点。 网格生成时间通常在几小时或几天内测量。

概括

在本文中,我概述了目前的各种方法 CFD网格生成中最先进的技术。 我们已经看到各种方法是一个 用户控制与自动化之间的权衡。这些方法都不是 在所有情况下,理想的是,由CFD分析师识别和理解 这些网格生成工具并适当地使用它们。

观看后续文章,其中我将描述可用的CFD 鉴于我们在本文中学到的内容,请绘制软件包。

Nick Wyman是一名CFD专业,曾在商业网格生成中工作 超过7年。他目前正用为软件开发人员和 工程分析师 Viable Computing

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