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附录附录 A A 网格质量网格质量 概述概述 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 2 ANSYS ANSYS 网格划分的网格度量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 3 偏斜 两种方法定义偏斜 1 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 2 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 网格质量度量网格质量度量 最优 等边的 单元 实际单元 球 0 1 完美的 最坏的 4 纵横比 1 高纵横比四边形 纵横比 1 高纵横比三角形 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 5 ANSYS ANSYS 网格质量统计网格质量统计 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 6 FLUENTFLUENT网格质量考虑事项网格质量考虑事项 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 7 FLUENTFLUENT网格质量要求网格质量要求 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 8 Skewness Skewness 和和 Fluent Fluent 求解器求解器 不推荐高 skewness 值 一般保持体网格最大 skewness 值 1 3 想要的 正交角 90 acos n s 20 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 13 CFXCFX网格扩展因子网格扩展因子 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 14 CFXCFX网格纵横比网格纵横比 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 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 改进网格质量策略改进网格质量策略 26 混杂的混杂的 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 27 汽车集流管的虚拟拓扑 作业 A 1 目标目标 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 29 开始项目开始项目 1 启动ANSYS 12 0 Workbench 2 点击左边工具箱中 Component Systems 3 双击 Mesh 选项将其添加到项目示图区 4 在 Project Schematic中右击 Geometry 并选择 Import Geometry Browse 选择 Auto Manifold agdb文件 30 命名选项命名选项 5 接下来 确定Named Selections 被引入 Meshing 6 右击 cell A2 然后选择 Properties 7 确保Named Selections 是选中的 并且 Named Selection Key 是空白的 8 关闭 Properties 窗口 31 编辑网格编辑网格 9 编辑网格 cell A3 打开网格划分窗口 10 抑制流体区域 对固体划分网格 选择工具栏的 Body selection图标 选择内部流体区域 以致其绿色加亮显示 然后右击并选择 Suppress Body 32 网格设置网格设置 11 选择Outline中Mesh 12 在 Details 中设置Physics Preference为CFD 这里假设固体中热传递用CFD求解器求解 13 展开 Sizing 选项 设置 Span Angle Center Medium Min Size 1 0 mm Max Face Size 10 0 mm Max Tet Size 10 0 mm 14 右击Outline中Mesh 并选择 Preview Surface Mesh 由于体是不可扫掠的 将应用默认的 Patch Conforming方法 33 检查网格检查网格 Patch Conforming 方法划分每个单独表面 在这个几何中将使某些 面产生差的网格质量 检查表面网格并注意差网格质量区域 通过在 Geometry和Mesh 间切换 使差网格质量区域和下表面几何相联系 这里显示了几个例子 34 添加虚拟拓扑添加虚拟拓扑 虚拟拓扑允许合并相邻面 移除不想要的表面几何特征 并生成更高 质量网格 15 右击 Model A3 并选择 select Insert Virtual Topology Virtual Topology项添加到了 Outline 中 Details 中注意Behaviour 设为 Low 16 右击 Virtual Topology 并选择 Generate Virtual Cells 自动使用 Low 合并策略创建虚拟单元 Medium 和 High 策略可能 导致更多面合并成虚拟单元 35 虚拟拓扑虚拟拓扑 当选择了Virtual Topology 指示器会显示所有已创建的虚拟单元 检查新的表面几何 注意到大多问题面已被合并为一个 cleaner 表面几何 17 Details 中将 Behaviour 改为Medium 右击 Virtual Topology 并选择 Generate Virtual Cells 注意更多的面合并到虚拟单元 18 尝试使用Behaviour的High选项生成虚拟单 元 如右边所示 这个选项不能作用于这个几 何 19 切换回 Medium 选项 重新生成虚拟单元 36 检查改进网格检查改进网格 20 重新生成表面网格 并检查前面出现差质量网格的区域 应该发现表面得到很大地改进 21 仍然有些区域的网格需要改进 下面箭头标示的是其中一个区域 如果放大并检查几何 会发现表面的边上有个缺陷 37 手动添加虚拟单元手动添加虚拟单元 22 可手动添加虚拟单元进一步改进网格 拾取工具栏的Face selection 图标 视图方向大约如下所示 注意 X Y轴 从 Outline 中选择Virtual Topology 选择如下4个面 然后右击并选择 Insert Virtual Cell 12 4 3 38 检查改进网格检查改进网格 23 重新生成网格 再次检查前面出现差质量网格的区域 看到改进的表面网格 如有必要继续添加 Virtual Cells 在某些情况 自动添加可能会合并一些并不想合并的面 可选择 Virtual Topology项下的Virtual Face 并右击 delete来删除个别虚拟单 元 24 右击 Mesh 并选择 Generate Mesh 生成最终固体网格 39 察看流体察看流体 下一步是创建流体区域的网格 25 在Outline中展开 Geometry Part section 右击第一个固体并选择 Hide Body来隐藏 固体区域 右击被抑制的 第二个 固体并选择 Unsuppress Body 对第二个选择固体 在 Details视窗展开 Graphical Properties section 并设置 Transparency 为1 40 添加膨胀添加膨胀 26 从Outline选择Virtual Topology 流体区域的虚拟单元早已建立 27 检查自动虚拟单元看是否合理 模型中应该没有小面残留 28 下一步是对流体壁添加膨胀 右击 Mesh 并选择 Insert Inflation 在Geometry栏需选择对应流体区域的固体 然后点击Apply 一旦已选择了固体 在Boundary栏点击 No Selection 出现 Apply Cancel 按钮 41 创建流体网格创建流体网格 现在选择模型的非入口或出口的一个 面 从工具栏选择 Extend to Limitst 选择所有流体壁 点击 Boundary栏的Apply 29 右击Mesh 并选择Generate Mesh生成 最终网格 42 检查网格质量检查网格质量 30 展开Statistics项并设置 Mesh Metric为Skewness 注意最大偏斜在 FLUENT求解器可接受范围内 31 如果生成了无虚拟拓扑的网格 最大偏斜将相 当高 无虚拟单元 43 流体区域网格流体区域网格 无虚拟拓扑 虚拟拓扑 44 FLUENT 和 CFX 网格质量度量 作业A 2 目标目标 这个作业将示范如何应用ANSYS 网格划分程 序对一内部流动场生成 in is CFD网格 几何表示的是航空航天气阀部分 已分解为 3 个体 目标是生成包含六面体 棱锥 棱柱和收缩控 制四面体单元的共形混合CFD网格 并对 Fluent 和CFX求解器参数选择检查网格质量 46 创建网格划分系统创建网格划分系统 1 从开始菜单启动ANSYS Workbench 2 点击左边工具箱的Component Systems 3 双击 Mesh 选项 47 4 右击 RMB。