【网格】02：一般流程

本文描述网格划分的一般过程。通常情况下，网格划分过程如下图所示。

在ANSYS Workench中提供了多种模块以完成以上网格划分步骤。

在ANSYS Workbench中，几何处理主要通过DesignModeler模块及SCDM模块来完成。这两个模块功能重合度很高，均能够完成几何创建、导入、清理、流体域创建等工作。

如图所示为汽车歧管三维实体几何。该几何模型可以通过CAD软件创建，也可以通过三维测量获取。

在获取该几何后，通过对模型几何进行检查，可以发现模型中存在较多的圆角、倒角、小孔，碎面等特征，在后续的网格划分之前，常常需要将这些不必要的几何去除掉，此过程称之为“几何清理”。

几何清理完毕后，还需要根据计算域类型创建计算域几何，通常内流域需要抽取内部流体域几何，而外流域则需要创建外部区域。如上图中的歧管抽取内流计算域如下图所示。

再如下图中火箭外流场计算域。

当计算域准备妥当之后，下一步开始着手网格划分。

2.1 网格类型

在开始网格参数设置之前，需要规划网格类型。目前常见的网格类型包括：三角形网格、四边形网格、四面体网格、六面体网格、金字塔网格、三棱柱网格等。ANSYS Fluent还支持多面体网格。如下图所示。

一般情况下，四边形网格与六面体网格形状较为规则，计算过程中收敛性较好且精度较高，在工程应用中常优先选择。然而四边形网格与六面体网格几何适应性较差，对于复杂的工程几何模型，经常难以划分全四边形或六面体网格，此时可能需要采用三角形或四面体网格。另一种折中的方法是，在简单几何区域划分六面体网格（2D几何为四边形网格），在复杂区域划分四面体（三角形）网格，在它们之间采用金字塔网格进行过度，这样既考虑了复杂区域的几何适应性问题，又兼顾了简单区域的收敛性及精度问题。

三棱柱网格多见于扫掠体几何网格划分，其最大优势在于沿着扫掠方向上的网格形状可保持一致。此种网格能够在保留几何适应性基础上，最大限度的提高其收敛性。通常三棱柱网格的收敛性要强于四面体网格。

多面体网格并非通用形式网格，只有一些特殊的求解器才能支持。该形式网格能够提供较好的几何适应性，同时也具有良好的计算收敛性。ANSYS Fluent能够支持此类型网格。

2.2 网格尺寸

网格尺寸是网格划分过程中最重要的网格控制参数。通常网格尺寸包括：

• 全局网格尺寸。一般的网格生成软件都会提供一个默认尺寸，当用户未指定任何网格尺寸时，软件会根据当前几何的尺寸，计算出一个较为合适的网格尺寸，该尺寸常称之为全局网格尺寸。

• 体网格尺寸。与全局尺寸类似，针对部件指定的网格尺寸。当计算域中只有一个几何体时，体网格尺寸等同于全局网格尺寸。

• 面网格尺寸。为指定的面指定网格尺寸。

• 线网格尺寸。为指定的线指定网格尺寸。

一般网格划分软件对于用户指定的网格尺寸进行优先级排序，其基本规则为优先满足低级拓扑网格尺寸。

如下图所示的几何体，其为边长1 m的立方体。在划分网格过程中指定全局尺寸0.1m，指定如图所示的面尺寸0.05m，同时还指定了某条边上尺寸0.01m。

形成的网格如图所示，从图中看出，网格生成器优先满足边上网格尺寸，其次满足面网格尺寸，最后才是全局尺寸。

在进行网格划分过程中，在设定网格尺寸过程中，常常是从高级拓扑开始设定尺寸，逐层加密调整，最终形成满足要求的网格。

2.3 网格质量检查

当网格生成完毕后，还需要检查计算网格质量。如下图所示为ANSYS ICEM CFD中进行网格质量检查的结果。

网格质量的评价指标较多，不同网格生成软件的质量评价指标有所不同，而且不同求解器对于网格质量的评价指标也有所不同。

以ICEM CFD为例，该软件对于网格质量的评价指标与网格形状有关，如：

• 三角形或四面体网格：计算高度与每一条边的长度比值，取最小值。越接近1网格质量越好。

• 四边形网格：网格质量利用行列式Determinant 2x2x2进行度量

• 六面体网格：计算三种度量方式（行列式、最大正交性、最大翘曲度），取最小值作为网格质量评判标准。

• 金字塔网格：采用行列式进行评判。

• 棱柱网格：计算行列式与翘曲度，取最小值作为质量评判指标。

2.4 网格修改

当网格质量检查完毕后，若发现存在一些质量极差的网格，则需要进行网格质量控制。一般可采取两种方式：

• 方法1：重新制定网格策略、修改网格尺寸，重新划分网格

• 方法2：找寻出网格质量极差的网格，采用手工编辑的形式提高网格质量

其中第一种方式适合于低质量网格非常多的情况，第二种方式则适合于低质量网格极少的情况下。

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道