CFD分析基礎(chǔ)-邊界、網(wǎng)格、湍流模型

流體機(jī)械

結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)——湍流、邊界和網(wǎng)格技術(shù)1、湍流的模擬SmallstructuresLargestructures每個輸運量(質(zhì)量,動量,物質(zhì)的量)在時間和空間中非定常，無規(guī)律(無周期)波動運動流動屬性和速度呈現(xiàn)無規(guī)則變化把速度描述成平均量和脈動量之和:Ui(t)

Ui+ui(t)什么是湍流?TimeUi(t)Uiui(t)流動的基本方程

流體流動可以分為以下兩大類：

層流（Laminarflow）

湍流（紊流）（Turbulentflow）

從流動的機(jī)理來看都滿足Navier－Stokes方程。N－S方程由一個連續(xù)性方程和三個動量方程組成方程特性流動方程非線性需要求解的是一組耦合方程組，而不是一個方程方程本身具有強(qiáng)非線性無法獲得簡單的理論結(jié)果必須借助于離散方法,如有限元法、有限差分等數(shù)值計算方法計算方法總覽(RANS)雷諾平均納維斯托克斯方程模型解總體均值（或者時間均值）納維－斯托克斯方程所有紊流長度規(guī)格在RANS中模擬在工業(yè)流動計算中使用最為廣泛大渦模擬(LES)解算空間平均N-S方程，大渦可以直接解出,但是渦比模擬過的網(wǎng)格要小。沒有DNS消耗那么大,但是對于大多數(shù)的實際應(yīng)用來說占用計算資源和效果還是太大了直接數(shù)值模擬(DNS)理論上來說，所有的紊流流動能夠由數(shù)值解出所有的N-S方程來模擬解出尺寸頻譜，不需要任何模型花費太高!對工程流動不實用-DNS在Fluent中不可用.現(xiàn)在沒有一種簡單而實用的紊流模型能夠可靠的預(yù)測出具有充分精度的所有紊流流動為何采用湍流模式模擬湍流?直接數(shù)值模擬只適合于模擬簡單的低雷諾數(shù)流動.作為可行的方法,改而求解雷諾平均Navier-Stokes(RANS)方程:

其中

(雷諾應(yīng)力)

時間平均湍流速度脈動通過基于經(jīng)驗常數(shù)和主流的信息來求解.大渦模擬LargeEddySimulation對大渦進(jìn)行直接求解，而對小渦采用湍流模式.在FLUENT中可用的湍流模型基于RANS的模型1－方程模型Spalart-Allmaras2－方程模型

標(biāo)準(zhǔn)k–εRNGk–εReliable

k–ε

標(biāo)準(zhǔn)k–ωSSTk–ω雷諾德壓力模型分離渦模擬大渦模擬增加每個計算迭代步消耗RANS模擬–時間平均全部(時間)平均能夠用于從瞬時流動中取出平均流動屬性:Reynolds-averaged動量方程如下Reynolds應(yīng)力是由附加未知的平均程序引進(jìn)的,因此為了封閉控制方程組系統(tǒng)它們必須被模擬(涉及到平均流動屬性).波動項時均項Example:完全發(fā)展紊流管流速度輪廓瞬時項(Reynolds壓力張量)方程封閉問題RANS模型能夠在下列方法其中之一下封閉

(1)漩渦粘性模型(通過Boussinesq假設(shè))Boussinesq假設(shè)

–Reynolds壓力在使用渦流(或者紊流)粘性μT下模擬,對簡單湍性剪切流來說假設(shè)是合理的:邊界層,圓形射流,混合層,管流,等等 (2)雷諾德壓力模型(通過雷諾德壓力輸運方程)在輸運方程中模型還需要很多項.RSM在大曲率和大漩渦的3D紊流流動中更有利,但是模型更加復(fù)雜,計算強(qiáng)度更大,更復(fù)雜比紊流粘性模型更難收斂.

計算湍流粘性基于量綱分析,μT

能夠由紊流時間比例(或速度比例)和長度比例來決定.紊流動能[L2/T2]紊流耗散率[L2/T3]定義耗散率[1/T]每種紊流模型計算μT

都很困難.Spalart-Allmaras:解模擬紊流粘性的輸運方程標(biāo)準(zhǔn)k–ε,RNGk–ε,Realizablek–ε解關(guān)于k和ε的輸運方程.標(biāo)準(zhǔn)k–ω,SSTk–ω解關(guān)于k和ω的輸運方程.Spalart-Allmaras模型Spalart-Allmaras是一種低耗的求解關(guān)于改進(jìn)的渦流粘性的輸運方程的RANS模型在改良形式上,渦流粘性很容易解決壁面附近的問題.主要打算使用在輕度分離的空氣動力學(xué)/渦輪機(jī)組情況下得到應(yīng)用,比如機(jī)翼上的超音速/跨音速流動,邊界層流動,等等使得一種新的1－方程模型具體化，在不需要計算一個涉及到局部剪切層厚度的長度尺寸的情況下.為包括有限邊界的流動的航天應(yīng)用特別設(shè)計在邊界層服從反壓力梯度的情況下已經(jīng)給出了比較好的結(jié)果在渦輪機(jī)組應(yīng)用中很流行這個模型相對來說是比較新的對于各種復(fù)雜的工程流動沒有關(guān)于應(yīng)用的主張不能依賴它來預(yù)測同類等方向紊流的減弱k–ε湍流模型標(biāo)準(zhǔn)k–ε(SKE)模型在工程應(yīng)用中使用最為廣泛的紊流模型Robust而且相對精確包括用于可壓縮性,浮力,燃燒,等等子模型局限性ε方程包括一個不能在壁面上計算的項.因此,必須使用壁面邊界條件.在流動有強(qiáng)烈的分離下一般表現(xiàn)不好,比如大曲率流線和大壓力梯度重正規(guī)化群(RNG)k–ε模型k–ε

方程中的常數(shù)源自使用重正規(guī)化群理論.包括以下子模型解決低雷諾數(shù)下的特異粘度模型源自對紊流Prandtl/Schmidt數(shù)的代數(shù)公式的解析解漩渦修正對更復(fù)雜的剪切流來說比SKE表現(xiàn)更好,比如高應(yīng)變率，漩渦和分離的流動k–ε湍流模型Realizablek–ε(RKE)模型術(shù)語realizable

意味著這個模型滿足在雷諾壓力上的特定數(shù)學(xué)約束,與物理紊流流動一致.法向應(yīng)力為正:關(guān)于Reynolds剪切壓力的Schwarz’不等式:標(biāo)準(zhǔn)k–ε模型和RNGk–ε模型都不是可實現(xiàn)的好處:對平面射流和圓形射流的散布率預(yù)測得更加精確.也可能對包括旋轉(zhuǎn),強(qiáng)反向壓力梯度下的邊界層,分離,和再流通的流動提供出眾性能k–ω湍流模型k–ω

湍流模型家族得到流行主要因為:模型方程不包括在壁面上沒有定義的項，因為沒有壁面函數(shù)它們就不能在壁面上積分對于有壓力梯度的大范圍邊界層流動它們是精確的和robustFLUENT

提供k–ω模型下的兩個變量標(biāo)準(zhǔn)k–ω(SKW)模型在航天和渦輪機(jī)械領(lǐng)域得到最廣泛的應(yīng)用幾個k–ω子模型/選項:可壓縮性效果,過渡期的剪切流修正流動.剪切壓力輸運k–ω(SSTKW)模型(Menter,1994)SSTk–ω模型使用混合函數(shù)對逐漸過渡的從壁面附近的標(biāo)準(zhǔn)k–ω模型到高雷諾數(shù)在邊界層的外部的k–ε模型.包括修正過的用來解決主要紊流剪切壓力的傳輸效果紊流粘性公式.大渦模擬大渦模擬(LES)LES非常成功的應(yīng)用于RANS模型不能滿足要求的高端應(yīng)用.

比如:燃燒混合外部空氣動力學(xué)(在非線性體周圍流動)在FLUENT中執(zhí)行:下層網(wǎng)格比例(SGS)紊流模型:Smagorinsky-Lilly模型配合壁面的局部渦流粘性(WALE)DynamicSmagorinsky-Lilly模型動能傳輸分離渦(DES)模型LES在FLUENT中對所有燃燒模型適用基本統(tǒng)計學(xué)工具是可用的:時間平均和解變量的RMS值,內(nèi)置快速傅立葉變換(FFT).在運行LES之前,在“對LES的最優(yōu)方法”參考指導(dǎo)方針(包括這些建議,對畫網(wǎng)格的，下層網(wǎng)格模型,數(shù)字的,邊界條件,和更多的)LES（大渦模擬）基本原理動量、質(zhì)量、能量及其他被動標(biāo)量大多由大尺度渦輸送大渦結(jié)構(gòu)（又稱擬序結(jié)構(gòu)）受流場影響較大，是由所涉及流動的幾何形狀和邊界條件決定的。小尺度渦則認(rèn)為是各向同性的受幾何形狀與邊界條件影響較小。大渦模擬通過濾波處理，將小于某個尺度的旋渦從流場中過濾掉，只計算大渦，然后通過求解附加方程得到小渦的解。DES（分離渦模擬模式）LES/RANS耦合計算方法.Example:FlowAroundaCylinderwallwall1ft2ft2ft

airV=4fpsComputedragcoefficientofthecylinder5ft14.5ftCheckifturbulent

ReD=24,600Flowoveranobject,unsteadyvortexsheddingisexpected,difficulttopredictseparationondownstreamside,andcloseproximityofsidewallsmayinfluenceflowaroundcylinder

useRNGk-

with2-layerzonalmodel.DevelopstrategyforthegridSimplegeometry&BLs

quadrilateralcells.Largegradientsnearsurfaceofcylinder&2-layermodel

finemeshnearsurface&firstcellaty+

=1.TurbulenceModelingApproachGridforFlowOveraCylinderPredictionofTurbulentVortexSheddingContoursofeffectiveviscosity

eff=

+

tCD

=0.53 StrouhalNumber=0.297where小結(jié):湍流模型指南成功的湍流模型需要工程判斷:物理流動可用計算機(jī)資源計劃需要準(zhǔn)確性轉(zhuǎn)向時間近壁面處理建模程序計算特征值Re和決定流動是否是湍流.在生成網(wǎng)格之前估計貼體網(wǎng)格質(zhì)心y+.從SKE(standardk-ε)開始，之后改成RKE,RNG,SKW,SST或者V2F.在高度渦流，三維，旋轉(zhuǎn)流動下使用RSM模型除了低雷諾數(shù)流動或者復(fù)雜近面物理模型對壁面邊界條件使用壁面功能RANS紊流模型描述模型描述Spalart–Allmaras單一輸運方程模型直接解出修正過的紊流粘性特別設(shè)計用于包括有界壁面流動的航天領(lǐng)域在FLUENT中允許使用粗大網(wǎng)格包括在k生產(chǎn)項中應(yīng)變率改善渦流的預(yù)測.Standardk–ε基于兩個輸運方程模型解出k和ε.這是默認(rèn)的k–ε模型.系數(shù)顯式給出;只對完全湍流有效.選來說明粘性發(fā)熱,浮力,還有可壓縮性與其它k–ε

模型共享.RNGk–ε標(biāo)準(zhǔn)k–ε

模型的變形.方程和系數(shù)是來自解析解，在ε方程中的重大改變改善了模擬高應(yīng)變流動的能力.另外的選項增加用來預(yù)測渦流和低雷諾數(shù)流動.Realizablek–ε標(biāo)準(zhǔn)k–ε

模型的變形.“realizability”來自允許確定的數(shù)學(xué)約束的改變的最終根據(jù)改善這種模型的性能.Standardk–ω兩個輸運方程模型解出k和ω,指定的耗散率(ε/k)基于Wilcox(1998).這是默認(rèn)的k–ω模型.在有界壁面和低雷諾數(shù)流動中顯示了較高性能.顯示了對過渡的較好預(yù)測.用來解決過渡,自由剪切,和可壓流動.SSTk–ω標(biāo)準(zhǔn)k–ω

模型的變形.使用混合函數(shù)與原始Wilcox模型用在近壁面和遠(yuǎn)離壁面的標(biāo)準(zhǔn)k–ε

模型.也限制了紊流粘性來保證τT~k.過渡和剪切選項從標(biāo)準(zhǔn)k–ω中借來.沒有可壓縮流選項.ReynoldsStress直接使用輸運方程來解出雷諾壓力,避免了其它模型等方性的粘性假設(shè).用于高度渦流流動.二次壓力應(yīng)變選項改善了許多在基本剪切流上的表現(xiàn).2、邊界條件概況入口和出口邊界條件速度邊界速度分布圖表湍流參數(shù)壓力邊界和其它壁面,對稱,周期和軸對稱邊界內(nèi)流域流體多孔介質(zhì)移動區(qū)域固體內(nèi)部面單元定義邊界條件定義一個問題，并且能獲得唯一的解，你必須在依靠變量值的邊界區(qū)域上給出邊界條件定義區(qū)域內(nèi)的質(zhì)量流量,動量,能量,等等定義邊界條件包括:定義邊界位置（比如：入口，壁面，對稱面）提供邊界信息邊界上必需的數(shù)據(jù)依賴邊界條件類型和使用的物理模型你必須知道邊界條件定義時需要那些信息，你確定邊界條件的位置的這些信息是否已知或能合理的近似邊界條件定義的不好將會對你的結(jié)果產(chǎn)生重大影響要領(lǐng)要領(lǐng)盡可能選擇邊界位置和形狀使流體或進(jìn)或出的流動不是必須的，但是會更利于解的收斂在邊界法向方向上不該有大的梯度指出錯誤設(shè)置減少邊界附近的網(wǎng)格傾斜否則將在計算中過早引入誤差21修改過的上壓力邊界確定流體進(jìn)入?yún)^(qū)域可用邊界類型外部面常規(guī)－壓力入口，壓力出口不可壓－速度入口，自由出流可壓－質(zhì)量流入口，壓力遠(yuǎn)場，質(zhì)量流出口其它－壁面，對稱面，軸，周期特殊－通風(fēng)口入口，通風(fēng)口出口，進(jìn)氣風(fēng)扇，排氣風(fēng)扇單元區(qū)域流體固體多孔介質(zhì)熱交換器內(nèi)部面風(fēng)扇，內(nèi)部，多孔跳躍，散熱器，壁面orificeplate

plate-shadowoutletinletwall設(shè)置邊界條件各區(qū)域在前處理過程中劃分完成為特定的域設(shè)置邊界條件:Define

BoundaryConditions...在Zone列表中選擇域的名稱.在zonetype列表中選擇邊界類型點擊Set...按鈕進(jìn)行邊界條件的設(shè)置亦可在圖形界面中采用鼠標(biāo)右鍵來選擇邊界進(jìn)行設(shè)置.在以下情況下:不清楚具體域的位置且首次設(shè)置；模型中含兩個以上同類型的邊界時。.入口和出口條件描述流體流入和流出的邊界條件類型:通用的壓力入口壓力出口不可壓縮流動速度入口出流條件根據(jù)不同的物理模型需要設(shè)定不同的邊界參數(shù).指導(dǎo)方針:有流體流入或流出的位置.有利于收斂.在邊界方向避免出現(xiàn)過大的梯度.表示設(shè)置錯誤.減小邊界上網(wǎng)格的斜度.可壓縮流動質(zhì)量流入口壓力遠(yuǎn)場條件特殊條件通風(fēng)入口,通風(fēng)出口,

進(jìn)氣風(fēng)扇,排氣風(fēng)扇速度入口（velocityinlet）定義入口邊界的速度向量和標(biāo)量.知道入口處的詳細(xì)速度分布時較好.默認(rèn)條件為均勻的速度分布只適用于不可壓縮流動.流動總（停滯）參數(shù)不固定.停滯參數(shù)根據(jù)速度分布的不同而變化.用于計算可壓縮流動可能導(dǎo)致不符合物理規(guī)律的結(jié)果.應(yīng)避免在接近固體障礙物的位置設(shè)定速度入口條件.導(dǎo)致不符合物理規(guī)律的結(jié)果,不正確的速度場等問題應(yīng)用速度分布圖可選擇應(yīng)用UDF來定義入口邊界的速度分布.速度分布圖可以是空間相關(guān)或者時間相關(guān).速度分布圖還可以由以下手段制作:通過其它CFD分析結(jié)果獲得速度分布圖創(chuàng)建含坐標(biāo)信息和邊界數(shù)據(jù)的文本文件.速度分布圖的超作:Define

Profiles在入口邊界條件中選擇.設(shè)定湍流參數(shù)當(dāng)流動為湍流條件，入口、出口、遠(yuǎn)場邊界條件等需要設(shè)定湍流參數(shù):湍流動能k

湍流耗散率

在實際設(shè)置時可采用以下四種方式設(shè)定:明確地設(shè)定k和

設(shè)定湍流強(qiáng)度和湍流尺度設(shè)定湍流強(qiáng)度和湍流比率設(shè)定湍流強(qiáng)度和水力直徑湍流強(qiáng)度和湍流尺度決定于上游條件等:渦輪的排除口 Intensity=20% Lengthscale=1-10%葉片寬度孔板下游 Intensity=10% Lengthscale=孔的尺寸水渠或管路中完全發(fā)展的流動 Intensity=5% Lengthscale=水力直徑壓力邊界條件壓力邊界條件需要輸入?yún)?shù)為表壓:操作壓力的輸入:Define

OperatingConditions

以下情況可用壓力條件:流速未知

(如重力驅(qū)動流動).出口處的自由流動.gaugepressureoperatingpressurepressureleveloperatingpressureabsolutepressurevacuum壓力入口條件（pressureinlet）定義總壓、溫度和其它標(biāo)量.超音速/初始表壓:定義超音速流動的靜壓.對于不可壓縮流動，可用于流場的初始化.總溫:對于可壓縮流動必須定義.對于不可壓縮流動，可用于定義靜溫度.incompressibleflowscompressibleflows壓力出口條件（pressureoutlet）(1)定義出口靜壓.出口處外部環(huán)境的表壓.徑向壓力平衡選項.逆向來流:在求解過程中或部分區(qū)域中出現(xiàn).假設(shè)方向垂直于邊界.可以減少收斂的難度.當(dāng)逆流發(fā)生時，設(shè)定的靜壓值作為總壓計算.壓力出口條件（pressureoutlet）(2)不可壓縮流動:輸入靜壓定義出口邊界條件其它所有邊界參數(shù)通過內(nèi)部流動計算獲得.可壓縮流動:如果局部超音速，則忽略靜壓輸入.所有邊界參數(shù)通過內(nèi)部流動計算獲得.當(dāng)入口采用壓力入口，則出口必須采用壓力出口.出流（outflow）條件除了壓力參數(shù)外，流域內(nèi)流出的流體在Outflow邊界上流動參數(shù)的法向梯度為零.FLUENT通過內(nèi)部流動的計算外推.對以下情況適用:事先不知道所計算問題的速度和壓力.在出口的流動接近于充分發(fā)展條件的情況下比較合適.注:在有回流產(chǎn)生的情況下，采用壓力出口條件代替出流條件可能更加有利于求解問題的收斂.出流（Outflow）條件的限制出流條件不能應(yīng)用于:可壓縮流動.在采用壓力入口的情況下(通?？捎盟俣热肟诖?:密度會改變的非定常流動.outflowconditionill-posedoutflowconditionnotobeyedoutflowconditionobeyedoutflowconditioncloselyobeyed模擬多出口條件應(yīng)用Outflow邊界條件:默認(rèn)條件下，質(zhì)量流平均分配.默認(rèn)條件下流量權(quán)重(FRW)設(shè)為1.對于不均勻的流動分布:設(shè)定各出口的流量權(quán)重:mi=FRWi/

FRWi.各出口靜壓根據(jù)流動的分布不同而不同.也可以采用壓力出口條件設(shè)定.pressure-inlet(p0,T0)pressure-outlet(ps)2velocity-inlet(v,T0)pressure-outlet(ps)1orFRW2velocityinletFRW1其它進(jìn)口和出口邊界條件質(zhì)量流量入口用于可壓縮流動設(shè)定入口的質(zhì)量流量.對于不可壓縮流動是不必要的.壓力遠(yuǎn)場條件在密度基于理想氣體假設(shè)計算的情況下是有用的.對于無限大流場中的外流計算問題.排氣風(fēng)扇和通風(fēng)出口ExhaustFan/OutletVent在出口處存在壓力的增高或降低.進(jìn)氣風(fēng)扇和通風(fēng)入口InletVent/IntakeFan在入口處存在壓力的增高或降低.固壁條件包含流體和固體的表面.對于粘性流動，采用無滑移的條件:壁面上流體切向速度等于固壁速度.法向速度為0傳熱邊界條件:溫度、熱量和輻射等多種條件.固壁材料的傳熱可定義為一維的傳熱計算.對于湍流，固壁上的粗糙度可定義.壁面剪切速率和傳熱特性決定于壁面附近的流場.固壁可設(shè)定平動和旋轉(zhuǎn)移動.對稱邊界條件減少計算流域.流場和幾何結(jié)構(gòu)必須對稱:對稱面上的法向速度為零對稱面上的所有參量梯度為零對稱面不需輸入?yún)?shù).對稱面的設(shè)定需慎重.也可用于模擬粘性流動中的滑移壁面symmetryplanes周期性（Periodic）邊界條件幾何結(jié)構(gòu)及其流動或傳熱具有周期性特征.減少計算流域和計算量.FLUENT里可用的兩種形式.通過周期面的p=0.旋轉(zhuǎn)和平移周期性條件.旋轉(zhuǎn)周期性條件需要區(qū)域為旋轉(zhuǎn)運動.通過周期面存在一定的p.默認(rèn)條件下，F(xiàn)LUENT設(shè)定為平移周期性條件.周期性條件:例子computationaldomainStreamlinesina2DtubeheatexchangerflowdirectionTranslationallyperiodicboundaries4tangentialinletsRotationallyperiodicboundaries

p=0:

p>0:軸對稱條件主要用于:中心軸對稱網(wǎng)格

3DO-typegrid設(shè)定:不需另外設(shè)定參數(shù)AXISboundary單元域:流體流體域=需求解的各單元組合.流體參數(shù)輸入.組份，相.允許設(shè)置源項:mass,momentum,energy,etc.定義為層流

可以定義為多孔滲流.設(shè)定旋轉(zhuǎn)周期流動的旋轉(zhuǎn)軸.定義流域的運動.多孔介質(zhì)（PorousMedia）條件處理為特殊的流域.在Fluidpanel激活.壓力損失可通過輸入的阻力系數(shù)確定，或由集中參數(shù)模型計算.用于模擬通過多孔介質(zhì)的流動或其它分布式結(jié)構(gòu)的阻力.,過濾器過濾紙多孔板流體分布器管束移動區(qū)域單區(qū)域:旋轉(zhuǎn)參考系模型流動采用移動的參考坐標(biāo)系描述應(yīng)用上限制較多多區(qū)域:每個區(qū)域均采用不同坐標(biāo)系描述:多參考坐標(biāo)系模型混合面模型一個區(qū)域出口的流場參數(shù)用作相鄰的下一個區(qū)域的入口條件.每個區(qū)域定義為移動網(wǎng)格:滑移網(wǎng)格模型定義分界面.網(wǎng)格位置需要計算，非定常動網(wǎng)格單元域:固體固體域=需求解熱傳導(dǎo)問題的固體單元組合.不需求解流動對于材料處理，還可設(shè)定為流體，但沒有對流發(fā)生.還允許輸入固體內(nèi)的熱源.可以定義固體區(qū)域的運動內(nèi)面（InternalFace）條件定義單元面沒有厚度用于分割不同區(qū)域.用于實現(xiàn)以下物理模型:旋轉(zhuǎn)機(jī)械多孔滲水.內(nèi)部的固壁3、網(wǎng)格技術(shù)網(wǎng)格的重要性

計算流體力學(xué)（CFD）的基本思想是：用一系列有限的離散點上的值的集合，來代替原來在空間和時間坐標(biāo)中連續(xù)的物理量的場。具體做法就是對控制方程在規(guī)定的區(qū)域上進(jìn)行離散，從而轉(zhuǎn)變?yōu)樵诟麟x散點上定義的代數(shù)方程組，然后用線性代數(shù)的方法迭代求解。 網(wǎng)格作為計算區(qū)域離散的產(chǎn)物，其好壞不僅直接關(guān)系到數(shù)值計算的穩(wěn)定性、收斂性和計算效率，而且還關(guān)系到計算結(jié)果的正確性和分辨率。網(wǎng)格分類

結(jié)構(gòu)網(wǎng)格 網(wǎng)格系統(tǒng)中結(jié)點排列有序，鄰點間的關(guān)系明確。

貼體網(wǎng)格

把物理平面上的不規(guī)則區(qū)域變換成計算平面上的規(guī)則區(qū)域

非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格

網(wǎng)格系統(tǒng)中節(jié)點的位置無法用一個固定的法則予以有序地命名。優(yōu)點缺點結(jié)構(gòu)網(wǎng)格1.可以方便準(zhǔn)確地處理邊界條件2.計算精度、效率高3.可以采用許多高效隱式算法和多重網(wǎng)格法對外形復(fù)雜的計算區(qū)域，網(wǎng)格生成較難

非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格1.適合于復(fù)雜區(qū)域的網(wǎng)格劃分，特別對奇性點的處理很簡單2.其隨機(jī)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)更易于作網(wǎng)格自適應(yīng)，以便更好地捕獲流場的物理特性1.網(wǎng)格生成的工作量大2.離散方程的求解速度較慢，求解精度不高3.無法使用高精度的有限差分格式

應(yīng)當(dāng)指出，除了PHOENICS的前處理器能提供結(jié)構(gòu)網(wǎng)格外，當(dāng)前流行的各類商業(yè)CFD軟件，包括fLUENT（GAMBIT）、CFX（ICEM）、STAR-CD、POLYFLOW等都只能提供非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格！

Gambit簡介

GAMBIT軟件是Fluent公司提供的前處理器軟件，它包含功能較強(qiáng)的幾何建模能力和強(qiáng)大的網(wǎng)格劃分工具。GAMBIT可以生成FLUENT6、FLUENT5.5、FIDAP、POLYFLOW等求解器所需要的網(wǎng)格。

用戶可以直接使用Gambit軟件建立復(fù)雜的實體模型，也可以從主流的CAD/CAE系統(tǒng)中直接讀入數(shù)據(jù)。GambitGUIGlobalControlCommandLine&WindowsDescriptionwindowMainMenuBarOperationToolpadOperationToolPads

BoundaryLayerEdgeFaceVolumeGroupBoundaryTypesBoundaryEntityContinuumTypesContinuumEntityVertexEdgeFaceVolumeGroupCoordinatesystems模型創(chuàng)建CreatingGeometry自下而上的圖形生成:Bottom-up點vertex線edge面face體volume

自上而下的圖形生成:Top-downABSubtractAWithB通過Boolean和Split操作創(chuàng)建實體CDCSplitCWithD網(wǎng)格剖分

2D：FacemeshingGambit自動選擇Quadelement作為默認(rèn)的網(wǎng)格類型

Gambit根據(jù)選定的求解器（solver）和面上頂點（vertex）的類型選擇網(wǎng)格剖分的規(guī)則（schemetype）Element/SchemeType的組合情況ElementQuadQuad/TriTriSchemetypeMapSubmapPaveTri-PrimitiveMapPaveWedgePaveQuad:MapQuad:SubmapQuad:Tri-PrimitiveQuad:PaveQuad/Tri:MapQuad/Tri:PaveQuad/Tri:WedgeTri:Pave

3D：VolumemeshingGambit根據(jù)選定的求解器（solver）和體上面（face）的類型選擇網(wǎng)格類型（element）和剖分規(guī)則（schemetype）當(dāng)存在二義性情況時，Gambit會默認(rèn)使用混合網(wǎng)格（Tet/Hybrid）和TGrid規(guī)則Element/SchemeType的組合情況ElementHexHex/WedgeTet/HbridSchemetypeMapSubmapTet-PrimitiveCooperStairstepCooperTGridHex:MapHex:SubmapHex:Tet-PrimitiveHex:CooperHex:StairstepHex/Wedge:CooperTet/Hybrid:TGrid評價網(wǎng)格質(zhì)量一般，我們通過等角斜率（EquiAngleSkew）來評價網(wǎng)格質(zhì)量EquiAngleSkew的定義為：

max=largestangleinfaceorcell

min=smallestangleinfaceorcell

e=angleforequiangularfaceorcelle.g.,60fortriangle,90forsquareEquiAngleSkew的范圍：01best

worst

min

max

ExamineMeshFormDisplayTypePlane/SphereViewmeshelementsthatfallinplaneorsphereRangeViewmeshelementswithinqualityrange.Histogramshowsqualitydistribution.Select2D/3DandElementTypeSelectQualityTypeDisplayModeChangecelldisplayattributes.優(yōu)化網(wǎng)格的基本途徑1.自下而上的剖分網(wǎng)格：

通過edgemeshing控制facemeshing

通過facemeshing控制volumemeshing2.DecomposeGeometry：

運用Split功能添加輔助線，將復(fù)雜的不規(guī)則幾何形體分解為相連的（connected）規(guī)則幾何形體Example：圓柱繞流輔助線3.

ChangeVertexType：

通過改變面上頂點（vertex）的類型，使Gambit選擇特定的網(wǎng)格剖分規(guī)則，從而達(dá)到特殊的效果面上所有頂點會根據(jù)缺省的角度準(zhǔn)則（anglecriteria）被指定為某種類型面上頂點的類型用于決定除了pave格式之外的網(wǎng)格劃分規(guī)則頂點類型可以人為修改:

通過setfacevertextype命令修改面頂點的類型缺省角度準(zhǔn)則：DefaultAngleCriteriaEnd(E)0<Angle<120