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2.3.3 ICEM CFD划分非结构网格(1)

《精通CFD工程仿真与案例实战---FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot(第2版)》本书详细介绍了FLUENT、GAMBIT、ICEM CFD和Tecplot基础理论、具体操作和典型的应用案例。本书是在原有第一版的基础上,增加了近几年CFD的热点应用,结合读者意见进行完善和改进后的第二版。 本节为大家介绍ICEM CFD划分非结构网格。

作者:李鹏飞/徐敏义/王飞飞来源:人民邮电出版社|2018-01-25 11:17

2.3.3 ICEM CFD划分非结构网格(1)

ICEM CFD为用户提供了强大的自动划分四面体网格的功能。这个功能将几何模型自动划分成非结构化网格,适用于复杂模型,并能够在解的基础上适应网格。但是这个网格划分方法也存在一些缺陷,需要用户在使用这个功能划分网格的时候加以注意。四面体网格通常填充体积效率不会很高,每一个网格上的节点属于更多的单元,并且各向同性细化(对于边界层来说不是很好),这些网格与六面体网格相比,一般质量要差一些。以下是利用ICEM CFD的Tetra自动划分网格的具体步骤。

1.自动网格算法

ICEM CFD为用户提供了3种划分网格的方法,包括Octree、阵面推进法和前沿推进法,其具体介绍如下。

(1)Octree算法。

Octree算法是ICEM CFD最重要的生成四面体网格的算法。绝大多数四面体网格是在生成三角形面网格后,基于面网格生成体网格。这种算法的困难在于细长表面、缝隙等模型的局部细节处理难度较大。而Octree算法首先生成独立的体网格,然后进行网格调整,将网格映射到面、线和点上。网格与几何模型表面局部细节能按需求处理,可以选择捕捉局部细节,也可以忽略局部细节,如图2-156所示。

(2)快速Delaunay阵面推进算法。

使用这种方法可以得到非常有效的网格,生成的网格没有使用前沿推进方法生成的网格平滑,这种方法可能会出现稳定性的问题,特别是在初始化的阶段,会存在非常扭曲的网格元素,一种折衷的方法是用前沿推进方法生成内部的点,这样可以得到更平滑的网格,可以被用来产生非结构化的网格。如果已经有质量较好的表面网格,那么从表面网格开始(即从八叉树或者从导入的部分面网格)开始划分。

(3)Advanced Front(前沿推进)光顺算法。

对边界进行离散化(如在二维空间里用一组多边形来近似),这就是最初的前沿。在区域内加入三角形或四边形,并且加入的三角形或四边形中至少有一条边与前沿重合。在每一步中需要更新前沿。当不再有新的前沿留下时,网格的生成也就完成了。这种方法要求整个区域的边界是封闭的,但是对于边界不封闭的区域,前沿也可以被推进,直到前沿和区域的距离相等为止。虽然前沿推进方法的实现思想很简单,但实现这一方法的细节很复杂,并且生成网格所花费时间较多且不稳定。

该方法生成网格的速度和阵面推进的一样快,但是使用阵面推进法是从表面向内部推进网格,主要利用GE/CFX的算法,其网格尺度变化更加渐进、更精细,表面网格质量必须相当高,才能够自适应检查,并填充小缝隙。图2-157所示为以上3种网格划分方法划分网格结果的比较。

2.网格类型

用户采用ICEM CFD自动划分网格时,可采用3种网格划分方式。

(1)四面体/混合网格。

四面体混合网格是使用较为普遍的一种网格划分方法,其主要采用四面体网格,还可以带有部分六面体核心网格和棱柱层网格,图2-158所示为3种网格类型的比较。

带有六面体核心网格。

采用六面体网格填充主要区域。

用四面体网格(阵面推进法则)来填充表面或棱柱层和六面体核心网格之间的区域。

四面体网格和六面体网格间采用金字塔形过渡。

有附面层(棱柱层网格)。

从三角形表面网格开始生成棱柱层。

从四边形面网格开始生成六面体网格。

四面体或六面体核心网格填充内部区域。

金字塔覆盖四边形区域。

六面体核心或六面体附面层。

将四面体、棱柱层与结构六面体网格合并的混合网格。

(2)六面体为主的网格。

这种方法从已存在的四边形面网格开始生成网格。

接近几何模型表面的六面体网格质量较好。

有时内部网格质量稍差。

这种网格往往能够满足静态变形要求。

(3)笛卡尔网格。

采用纯六面体自动进行网格划分。

具有体适应的特点。

是快速创建体网格的方法。

使用六面体为主的网格和笛卡尔网格划分方法对同一几何模型进行网格划分后的效果比较如图2-159所示。

3.全局网格参数

采用四面体划分网格时,用户首先可以对整个模型进行全局参数设置,对几何模型进行初略的网格分布设置。单击按钮,弹出如图2-160所示的面板。

(1)设置全局比例参数。

图2-160中的全局参数主要包括两个。

Scale factor。全局网格参数的乘法因子。默认是1,如果增大此值,则网格总数减少,减小则反之。

Global Element Seed Size。用户可以在这里设定模型中可能存在的***尺寸。如果用户不想设置局部参数,那么可以使用默认的全局设置。在划分网格时,软件会自动地计算这些值,并创建小的网格来捕捉几何体的细节。

(2)设置面网格全局参数。

单击按钮,可弹出如图2-161所示的面板,在这个面板中,用户可以对所选择的面进行参数设置(覆盖前面的设定值,即修改之前所设置的全局参数)。在这一操作中,用户需要设定平面上的网格划分类型,主要有3种。

All Tri,面网格全部由三角形组成。

Quad w/one Tri,面上所有的网格除有一个三角形之外,其余的都是四边形,这个三角形允许在不均匀的loop边界上过渡。

Quad Dominant,四边形占大部分的网格,允许面上有几个过渡的三角形。当划分的几何模型比较复杂时或纯四边形网格质量不好时,该划分类型是比较适用的。

All Quad,所选的曲面都是四边形。

4.局部网格控制

(1)在面上进行局部网格控制。

单击按钮,可以弹出如图2-162所示的面板。用户可以通过选定相关的实体面来进行局部网格参数的设置。

首先从右边的视图窗口中选择相关的实体面,然后设置尺寸参数,局部面网格参数设置将会覆盖赋予该面上的全局网格参数设置。假如在Part网格参数设置后修改面网格参数,则面网格划分也会覆盖原先通过Part对该面进行的网格参数设置。

用户还可以右键单击模型树,选择Tetra/Hexa Sizes,视图窗口中将会在每个面上显示网格大小图标,从而为用户提供一个直观的***尺寸的网格视图。

(2)在线上进行局部网格控制。

单击按钮,弹出如图2-163所示的面板。


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