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附录 A 网格质量,,概述,网格质量度量 Skewness 可接受比 最差单元 FLUENT 求解器的网格质量考虑 一般考虑 求解中网格质量的影响 CFX 求解器的网格质量考虑 网格质量影响因子 CAD 问题 网格分解和分布 划分方法 膨胀 改进网格质量策略 CAD 清除 虚拟拓扑 收缩控制 理性网格尺寸和膨胀设置 一般推荐 作业 A.1 汽车集流管的虚拟拓扑 作业 A.2 FLUENT 和CFX 网格质量度量,ANSYS 网格划分的网格度量,Mesh选项中可得到Mesh Metric，可对其进行设置和查看来评估网格质量 不同物理环境和不同求解器对网格质量有不同的要求 ANSYS 网格划分中可得到的网格度量有: 单元质量 纵横比 雅可比 扭曲因子 平行误差 最大拐角 偏斜,,,偏斜 两种方法定义偏斜: 基于等边形的体的误差: 偏斜 = 只用于三角形和四面体 三角形和四面体的默认方法 基于规一化的角误差: 偏斜 = 其中 是等角的面 /单元 (对三角形和四面体为60, 对四边形和六面体为90) 适用于所有的面和单元形状 使用于棱柱和棱锥,,,最优 (等边的) 单元,,实际单元,球,,,,,,,,,,,,,,,,,,,网格质量度量,,,,,,,网格质量度量,纵横比 一般三角形和四边形的形貌是最长比与最短边比的函数(详细见 User Guide) 对等边三角形或正方形等于1 (理想的),ANSYS 网格质量统计,,对表面网格(在预览表面网格生成后)和体网格 (在预览膨胀层或网格生成后) 已选择的网格度量，将显示 min, max, averaged和standard deviation 在树状略图的Mesh对象下，使用Show Worst Elements 可突出显示最坏单元,FLUENT网格质量考虑事项,FLUENT 需要高质量的网格来避免数值发散 涉及几个网格质量度量, 但skewness 是主要的度量 纵横比和胞格尺寸也很重要 最坏情况并取决使用的求解器(基于密度或基于压力)， FLUENT 可容忍差的网格质量，而一些程序可能需要更高的网格质量，分辨和好的网格分布 差质量单元的位置有助于确定它们的影响 Statistics 中将得到一些总体的网格质量度量 其它网格质量度量FLUENT用户图形界面菜单中 Mesh/Info/Quality下得到, 或使用 TUI命令‘mesh/quality’,FLUENT网格质量要求,对Fluent最重要的网格质量度量是: Skewness Aspect Ratio Cell Size Change (ANSYS 网格不能执行) 对所有或大多数程序: Skewness: 对六面体, 三角形和四边形: 应小于 0.8 对四面体: 应小于 0.9 Aspect Ratio: 应小于 40, 但取决于流体特性 膨胀层可容忍大于 50 Cell Size Change: 应在1与2之间,差网格质量可能导致不精确求解和缓慢收敛 一些程序可能要求比建议值更低的偏斜值,Skewness 和 Fluent 求解器,不推荐高 skewness 值 一般保持体网格最大 skewness 值 0.95。

而这个值和物理分析类型和单元位置紧密相关 如果体网格包含退化单元，FLUENT 会报告负的单元体积 skewness网格质量度量等级: *一些情况下，基于求解器的压力可运用包含少量skewness为0.98单元的网格.,(max,avg)CSKEW=(0.912,0.291) (max,avg)CAR=(62.731,7.402),(max,avg)CSKEW=(0.801,0.287) (max,avg)CAR=(8.153,1.298),VzMIN≈-100ft/min VzMAX≈400ft/min,VzMIN≈-90ft/min VzMAX≈600ft/min,求解中网格质量的影响,Large cell size change,例子,网格 2,网格 1,CFX网格质量考虑事项,CFX求解器对网格质量要求和FLUENT 求解器有点不同，由于两个编码的求解器结构的不同 Fluent 求解器是单元为中心的,流体变量计算在单元的中心分配, 其网格单元和求解器单元相同 CFX 求解器是顶点为中心的 ，流体变量单元在顶点存储,求解器单元是双重网格单元这意味着网格单元的顶点是求解器单元的中心,CFX网格质量考虑事项,CFX 求解器有3个重要的网格度量标准，每次运行和更新开始的畸形网格 网格正交性 纵横比 扩展因子,+--------------------------------------------------------------------+ | Mesh Statistics | +--------------------------------------------------------------------+ Domain Name: Air Duct Minimum Orthogonality Angle [degrees] = 20.4 ok Maximum Aspect Ratio = 13.5 OK Maximum Mesh Expansion Factor = 700.4 ! Domain Name: Water Pipe Minimum Orthogonality Angle [degrees] = 32.8 ok Maximum Aspect Ratio = 6.4 OK Maximum Mesh Expansion Factor = 73.5 ! Global Mesh Quality Statistics : Minimum Orthogonality Angle [degrees] = 20.4 ok Maximum Aspect Ratio = 13.5 OK Maximum Mesh Expansion Factor = 700.4 !,,好的 (OK),,可接受的 (ok),,可疑的 (!),正交性度量由以下组成: ip-face 法向向量, n, 与 node-to-node 向量, s.,正交性椅子 = n·s, 1/3 想要的 正交角 = 90º-acos(n·s), 20º 想要的 这不同于CFD后处理中Max/Min面角? YES! 对应于边之间角的面角 如果一单元在两个方向偏斜，可有一个可接受面角和一不可接受正交角,CFX网格正交性,CFX网格扩展因子,扩展因子度量相对控制体质心的差节点位置,网格扩展因子 ≈ 节点周围的最大单元体积和最小单元体积的比 20 是想要的 在CFD后处理中，网格扩展因子本质上和单元体积比是同样的,CFX网格纵横比,纵横比度量控制体的伸长,纵横比 = 节点周围每个单元最大和最小ip-areas的比的最大值 , 100 是想要的 在CFD后处理中， 纵横比和边长度比很相似,CFX网格质量重要性,离散误差的来源 流量逼近法中非正交性引入误差 存储和源逼近法中大网格扩展引入误差 离散误差的扩大 对减小非正交性误差的校正可引起非物理影响 线性化方程求解难点 大纵横比需要使用更多重要数字(如，双精度求解器的使用),为什么网格质量重要?,网格质量影响要素,CAD 问题 小边, 尖锐边和面 边和面间小缝隙 /通道 未连接几何体,需确定CAD问题并消除,网格质量影响要素,网格分解和分布 急剧变化的几何，不连续或小缝隙可能需要更多分解 适当的网格分布可预测物理条件 不适当的分解和分布 可能导致大的单元尺寸变化，纵横比和(或)偏斜,网格质量影响要素,尺寸功能类型 不适当的使用 (或根本不使用) 高级尺寸功能 (ASF) 可能导致差网格质量 对弯曲特征支配的几何使用Curvature ASF 对有缝隙或狭窄成份的几何使用 Proximity ASF 对综合这些特征的几何使用 Curvature and Proximity ASF,ASF 可用来消除 !,网格质量影响要素,划分方法 划分方法不适当的使用 (自动, 四面体, 扫掠, 多区 和CFX-网格) 会导致大的偏斜 划分方法的选择取决于几何和应用程序 使用Outline中Mesh 对象下Show the Sweepable Bodies 是一个好习惯 许多程序利用 Patch Conforming 和扫掠划分方法,A relatively “good” mesh in terms of max skewness, however the average and standard deviation are large,网格质量影响要素,膨胀 不适当的: 表面网格质量 膨胀表面选择 膨胀选项 膨胀算法 (compression 或 stair-stepping层) 膨胀参数 高级膨胀选项 可能导致差的网格质量!,受影响的膨胀,,改进网格质量策略,CAD 清除 使用 CAD 或 DM: 简化几何 合并小边 合并边以减少面的数量 避免狭窄面 只在重要地方保留体间隙 分解几何 移除不必要几何 几何相加 几何修补,DM中分裂边/项目边/合并面后,改进网格质量策略,虚拟拓扑 AM中使用VT 在简化几何细节 可在Outline中Model 下添加 创建虚拟边/面可改进网格 如果结果表面网格扭曲，则考虑修整 DM或CAD中几何问题,用宽面虚拟合并狭小面后,改进网格质量策略,收缩控制 允许在网格水平移除小的特征 (小边或狭小面 ) 供 Patch-Conforming 四面体方法使用 当收缩标准合适的时候，小的特征从网格中消除,用Outline中Mesh下Pinch Controls自动探测收缩位置,改进网格质量策略,Sensible 网格尺寸和膨胀设置,最小尺寸减少 2X 以适应狭小几何。

结果网格质量得到改进局部面尺寸也可能使用一般建议 如果体网格满足以下一个或更多条件，则认为不可接受: FLUENT网格非常高的偏斜( 0.98) 退化单元 (偏斜~ 1) 高纵横比单元 负体积 单元质量改进: 改进表面网格质量 移动网格节点 CAD 修整几何问题如尖角, 小边, 合并面和/或分解几何 DM 中Clean-up工具简化几何和它们的实体 ANSYS Meshing程序中不同方法，全局和局部尺寸和参数 ANSYS Meshing 程序中收缩控制消除小特征 ANSYS Meshing 程序中虚拟拓扑以简化几何,改进网格质量策略,混杂的,如果模型包含多个部件或体，需在Outline 中Geometry对象下加亮它们来显示网格度量信息 影响体 (BOI)技术也可用来控制网格质量和适当局部分解 包括直方图的更多高级网格度量可通过FEM中FE Modeler Mesh Metrics展示 也可在CFD 后处理中查看不同网格质量度量,汽车集流管的虚拟拓扑,作业 A.1,目标,这个作业使用作业 5.2的集流管几何. 这个几何包含很多有问题的小面和尖角作业 5.2中, Patch Independent 方法被用来生成了一个高质量网格，而不用修改几何。

这个作业中将使用虚拟拓扑移除问题几何，然后使用默认的Patch Conforming 网格划分方法开始项目,启动ANSYS 12.0 Workbench 点击左边工具箱中 Component Systems 双击 Mesh 选项将其添加到项目示图区 在 Project Schematic中右击 Geometry 并选择 Import Geometry Browse. 选择 Auto-Manifold.ag。