嵌套网格教程

1、CFD-FASTRAN Chimera 帮助鉴于群里面有一些成员里面有一些嵌套网格初学者， 因此应该写 一些帮助来提供参考。对于已经掌握嵌套网格的人，可以继续补充和 修正一下我的文章。1理论基础使用嵌套方法主要有两个目的：(1)考虑运动体的计算；(2)减 少复杂外形网格生成时间。嵌套网格可以相对其它网格独立运动， 而 不会干扰其它区域的网格，对非定常流场仿真时可以得到较精确的结 果。而且嵌套区域可独立生成网格，将复杂的结构网格生成过程简单 化。嵌套方法的基本步骤如下：(1) 在每个区域搜寻确认嵌套区域的边界单元。嵌套边界既可以 是区域外边界也可以是内部集合体相邻边界。(2) 在每个嵌套区域进行

2、挖洞。是否挖洞取决于该区域是否与边 界或者其它区域的壁面嵌套。(3) 对嵌套区域边界单元进行插值。将背景区域的边界单元变量 信息插值到嵌套区域的边界单元。1.1 搜寻确认过程采用嵌套方法需要寻找到每个网格嵌套区域单元，这个过程一直 进行，直到仿真结束。交替数字树(Alternating Digital Tree ,简称ADT) 算法可以优化这个搜寻过程。ADT以树形结构方式传播的网格单元 信息，如网格单元中心坐标，网格边框坐标等。当 ADT搜寻到网格 与所给的嵌套网格一致时，ADT算法能快速将信息传递到目标单元。 当维数为3时，ADT算法与八叉树特别相似。CFD-FASTRAN中的 ADT将每

3、个区域的边框坐标信息储存到 6维的矩阵中。1.2 挖洞过程挖洞过程就是将每个区域的壁面边界部分挖空，用嵌套区域网格 部分来代替。在这个过程中同时进行网格信息的获取， 并将每个流体 变量从一个区域插值到另一个区域中。要进行单元挖空的区域是主要区域，有壁面边界穿过单元的区域 是次要区域。如果在嵌套区域中有穿过壁面边界的单元，则这个单元既属于主要区域又属于次要区域，见图1.1。ADT算法首先寻找并确 认这样区域的单元。如果在壁面边界中有网格边穿过，ADT算法就在主要区域中找到那些网格边的两个端点，见图1.2。接下来再确认网格边上的网格节点是在壁面边界内部还是外部。如果节点有一部分在内部，区域单元就标

4、记成为切除单元(cut-cell),见图1.3。随后把在 壁面边界内部的节点也标记出来，见图1.4。挖空单元和切除单元区域合起来就是嵌套网格洞，见图1.5。洞周围的主要区域中的单元就是嵌套边界单元，见图1.6。然后就可以将主要区域单元信息向次要 区域单元进行插值。在嵌套网格洞的外层通常是缓冲层(Buffer Layer),用来进行信息 插值，这样可以避免主要区域的流体变量离壁面太进而无法进行插 值。如果用了不止一层的缓冲层，插值就离次要区域的壁面边界相应 单元层数开始进行，同时为此采用了边缘层。1.3 插值过程以上确认嵌套网格边界和嵌套网格挖洞过程中运用到了ADT算法。在找到嵌套网格边界后，由

5、信息单元节点向边界相邻的单元进行 信息传递。这些信息单元节点是次要区域单元中挖洞后新生成的网格 点。这个信息传递过程进行三次线性插值，将主要区域中的信息传给嵌套网格边界单元。在嵌套边界区域内确认孤立网格。孤立网格是那些经过ADT计算后没有信息的嵌套边界单元。这主要是因为在进行挖洞时两个网格 体的表面很近导致在进行ATD运算时找不到提供信息的单元。而这 些孤立网格单元的信息通常由邻近网格的信息来代替。为了减少或避免孤立网格出现，有相互重叠网格区域网格层数至少为5层。I.图1.1挖洞算法的例子实线网格区域是主要区域，虚线网格区域是嵌套区域，黑色实体是次要区域的壁面边界图1.2穿过壁面边界网格边的端

6、点状态图1.4次要区域内壁面边界内部的节点图1.5在次要区域内部挖空单元或主要区域边上的区域单元生成洞2实际运用下面介绍一个机翼下挂载弹体的例子，来看看在CFD-FSATRAN 中是如何运用嵌套网格的。在CFD-FSATRAN的程序中会进行，对嵌套网格的搜索、差值 和挖洞三个步骤，因此我们要做的就是建立出一套合适的嵌套网格来 让CFD-FSATRAN进行以上的三个步骤。2.1建立一个背景区域机翼周围生成“H”型结构网格。整个背景计算流场区域为矩形。整个流场一共划分了 12个区域，总的网格数量为843500个，并且做 了近壁边界处理，同时满足嵌套网格要求。机翼周围网格情况如图 2.1所示。如果要

7、进行投弹过程模拟时，在运动的区域内要增加适当 的网格数量以便插值时流场信息传递准确。图2.1背景区域中机翼根部界面的网格2.2建立背景区域内的另一网格在弹体圆柱型周围采用“ O”型网格，弹体尾翼周围采用“ H” 型网格，弹体两端部分也采用“ H”型网格。整个嵌套区域一共划分 了 26个区域，总的网格数量为244500个。图2.2为嵌套网格区域弹 体网格的截面视图，分别为轴向截面和径向截面。图 2.3为整个嵌套 区域外层网格视图。(a)轴向截面图2. 2嵌套区域的截面网格图(b)径向截面图2.3 嵌套区域外边界网格2.3形成嵌套网格在分别对机翼区域和弹区域建立网格之后，进行网格嵌套来达到接近真实

8、的流场，操作步骤参见附录。其具体情况见图2.4,深颜色的线条为嵌套区域外边界。在进行嵌套网格生成时最重要的是控制两 个边界间的网格数量。在 CFD-FASTRAN中计算的嵌套网格时需要 在两个壁面之间必须有大于5层网格，这样才能使网格挖洞和插值计 算顺利进行，不出现异常情况。图2.5为机翼和弹体之间的网格层数 情况。图中内部区域的弹体与背景区域中的机翼之间的网格层数大于 5层。图2.5 在弹体与机翼之间的网格在这个例子中可以看到背景网格和内部网格都进行了挖洞处理，因此两个网格内都会出现主要区域和次要区域， 于是就要进行差值计 算，注意网格壁面之间的网格数量要求。形成了嵌套网格之后就可以在 CF

9、D-FASTRAN进行计算了HwnberMr】*KcLfaLidt.1 UnfairRotUion/S-ctling Ltvtli |Grid Viewtrij BC/VC Edits Lighting EdituBlTLking-251B 5 -：m" a附录Nne利用GEOM建立嵌套式网格的方法常用的方法有两种：在同一文件下利用levels生成层和在不同文件下利用复制粘贴功能。这两种方法都可以实现网格的嵌套。自己可以根据个人习惯选择。方法一：利用levels功能。步骤：1.建立levels o2004版本在下面,CarTH.*:匚危LicmA 囹曲骄 uoh Si UlFa-iE

10、Uii-Mi. LeL |j.eL工T3 f CiLLa 际诡厂JiLnt Jkt虹n.LoIT" lnL| hlU. |i d TlhmteI K/K- EWLSc | M3四度卮昌也13 UCFD-GIOI - P:Piv4eus FiiBsitESI-Suf Lvie BGEOl_3aMVbiiiliFE. KDlevel002!?'聆i辑|i谚!B- j 'ifr. 仙 收注! i2008版本在上面File一nHHn HH- HbEdit 加御 Window Help m UidoCtrl+ZC RedoCtr1+¥UnpickCtri+Up/te

11、cutcopas *昭CtrlH-XCtrl+CCtrld-VSelect AHCtrl+frOeleteDelBfankCtrkBBlank RemainingCtrl+RAdvanced BlankingAdvaricecl PfckjngTage SslectedTaggre VisibfsEntity Coflor.Model UnitsLevete.User Variable.User Notesr.PreFerehces,.2.在levels中建立内部网格体CFD-GEOI - P:Pivj eu« FilcaESi_Suf Lvie EGEOl_2aMVbin.liFE

12、. (CDSEI& w* n k> In小臼色鱼y 旬圈卮&山wwn西七勺拄 二丁照尽悟&旦JiLht C-airlirihL-ia3.在另一个levels中建立背景网格目olsxsCwTIIL $41lEtL«n,l：理 CFD-GIOK -D=tPxV1 E ：I« FilB»>.E5i_Suf Lvie i:GEOl_3aMVLiiiFE. KD EEI|y| W* 4m勤"I+tll iM»环 4电 >， 整厘厢昌也金日始口 二H-ir » d1 kE ® SS. ua I

13、jk I I! Ilelw 39 <iUb- -.上 口3一 盘一ffl Ed JILU11. I云Tn"P Jn)ir Lnre "-mc«3lF ijami-iri i:L G<mf il"% |昨占队|Cwc+l JF膈n翻 cnd£M ,昨Kt l+fn 1>- Rff >|! - BSE3."心 1I.i. 4Litw -一rlESEa-iELian. l.a-dC( LmLCr+kLi ILL E-Ieii to>di bj- EnpqL 'wtaLb Ft*e虹 crsLi Ec*i

14、 n, LaMX'M'Km-x注意：在此时需要激活这个levels oI CFD-GEOK- I>=P£«ieiu F£lDAESI_ScifLvaff6XGEQl_2aMVbialipE.tCD口叵|闵l .j-】"，e i+-ii in-yiir - a1 x小廿为恒西回匾&山白13寸-匕:'栏*iJ& & 旦再七百掂 二j, 1Gri土|CFD-GEOI - AIFehtu FUMEn30lHMZGED一网041±也*巳MD5区1n hit 4Xi 引只Ml iMi刍厚厢昌山山目境一匕

15、照拓曰口SdFu*HR.瑁 4CT * aid Jitirtx. |l3o teP n：ir LnF XpT-rb?!让 Etncc*. 广 <Ffl<mriFi C 广而MT*dF'ww Lib'mwfirrirdFr Srwific以上就建立好了一个嵌套式网格。利用以上方法建立的网格可以隐藏或显示每一个层，并且修改会很方便。方法二：利用复制粘贴功能。步骤：1.在一个文件中建立需要的嵌套网格上仁D:1.H3IE bben.% I_l. GEDv3 liv 14: t»F4»",ii a a a h _邻-：二祖 * 上& 曰科

16、质 %雳 二du少.:il=?£!=f言«mfEME=-昌 ivnM:si:!s:s¥=- t孥胃一E!M=il&KE5-2. 在另一个文件中建立背景网格EEBDz hrtaEa n VilaKkB3l_!£>-E1nsE e lUI±iJB_2aU«MMn.p. GGDv1 Tilv 14i Wj tf s ti - ? * 1 a a i * h ifl ：& it 11 i : 11 ： *J I a I a i 11 i r j 11 i: :r . i ii r. un j j iiLiiBiiiinr

17、.il一:!-!"MEEsMIMngB1 Mm l| mil |:：I："： ："：2：f： '：'IltaJ g BJ Ug DHIicl* iiin i llllll iini i 11 11 111II Bl : CIH I IBIM ! TOtWWOT8t88tgins»» i:： ： ：:I I I ill II ill II ： il ! II ：IIIIIIIIIIIIMIIIIIII IHfEHnHIHEilHaMTOBII ："I KlI I I I !:I： I： ：:I I « 

18、1; 3 111 Illi :： ：J：: I inIm hi I：l I EIIIIIIIIIESIlQainaillZIlIdl II I I I lllllll Alli 111 I ：i i niiimiiiaiiDiaiDaiiDiiiziii i i llllllH ill a111 in i :IZIllllllllElllDDIDDIiaililDII EmmiiBfflaiBBiiBKEni.S . 114 Ib(l4 nr ' !L!3!KBH! '!： ：!i i t i iiiiiiiii na ii in ii mi mo ii i:i iciiiiiiiiiciiaainuiiaiBii:i iriiiiiiiiiEiioaiaaiiaiiEiiii i:iiiiiiiiii iitMIMH:i i |niiiiiiiBi|oaiaaiiaii=ii i折更iiiiiii亘ii通而布扃I:i i 同团床iiEii