课件第07讲体填充

1、Fluent Meshing第7章 体填充方法-China 技术部-CHINA捷所有公司名，名，服务名是 各个公司的商标或登记商标以及服务商标。本资料包括信息。没有得到敝公司的同意，请不要使用，发布，本资料或本电子档。体填充方法n 从这个中学到什么Ø 体网格方法Ø 体积区域Ø 自动网格生成过程Ø 局部变化腔网格再生成Ø 质量优化Ø 并行网格预处理工作流程几何输入网格输入几何生成几何操作网格生成求解器 几何和修复 几何输入选择 网格生成方法 边界修改 输入CAD 混合网格: 四面边界层, 金字塔 输入STL 补洞 薄层网格 读入网格 补

2、缝 切割体网格 小面几何选择 几何准备选择 全局网格 平面, 旋转边, 扫描边等 局部网格 结合/相交的布尔运算 相近，曲率，体积加密区（BOI），软，硬控制 生成箱体，锥体，圆柱体等 采用包面流体域提取体,六面体, 面网格再生成 体网格生成方法 六面体 多面体 四面体Betaat16.0 薄层扫略 切割体 边界层体网格生成概述n典型体网格生成步骤1. 输入CAD/STL或者读入边界网格2. 准备面网格 对于一致性网格(多个部件)- 检查质量/- 使用结合/相交连接网格部分 对于几何面 (单一部件)- 生成材料点和包面边界- 检查质量3. 计算体区域4. 使用自动网格面板生成网格ü&

3、#252;ü选择网格对象和材料点设置边界层和体网格生成参数生成边界层和四面体/六面体体网格5. 使用自动节点移动优化体网格质量6. 保存体网格 只有三角单元的面网格。 Fluent Meshing 将用带有边界层高质量四面体或者六面体样的表面网格.体网格填充这体区域在体网格自动生成之前，体区域必须从网格对象中被计算出来能够重新定义名字/合并/删除区域每个区域将设置为流体区，固体区或死区（改变类型）- 在体填充面板中验证删除死区选择- 边界层自动沿着法线方向拉伸自动网格生成面板n 从自动识别体开始Ø 选择网格对象 (e.g. 模型)Ø 对于固体网格是否保持固体域选项

4、n 选择是否生长边界层Ø 范围或区域定义n 选择如何从四边形到四面体过渡Ø 一致性地使用金字塔或者Ø 使用非一致性过渡n 选择体填充选项ØØØ四面体六面体不填充（创建边界层/金字塔后只在空区域生成）n 一旦设置好，点击网格按钮将生成边界层，四面体或六面体网格n 运用Apply将保存设置和用户可以保存网格优先于所有完整网格设置体填充自动生成网格过程 1.设置边界层 4. 网格 2. 设置四边形/四面体过渡 3.设置体填充边界层n Fluent Meshing有能力拉伸3D边界层从两者之间开始:Ø 四边形边界面Ø 三角

5、形边界面Ø 切割面 (见单独讲座)n 使用:Ø 求解粘性/热流体计算的边界层区域Ø 对于的体网格扩展了域的一部分ü 例如：在给定方向上通过扫略网格增加出口管的长度Ø 从四边形边界面区域生成体网格（六面体） 分区混合网格 粘性混合网格 三角形面网格向下扫略生成圆柱体边界层网格 生成边界层层网格 对称面-嵌条区通过边界层生成创建新的表面区域:ü 边界层-端头: 边界层网格的端头ü 边界层-侧边: 边界层网格的侧边ü 嵌条区域: 边界层被压印的地方ü 如果边界层在一个区域中所有表面上 对称面进行生长产生边界层-

6、侧边相邻边界区域会自动重新三角化，合并新的四边形自动化网格将用户自动的合并网格单元和面域(Face Zone) 边界层-侧边 边界层-端头 从对称面三角形单元进行边界层拉伸 边界层设置n有两个方法设置边界层Ø 范围基于体区域快速设置 可以使用字符串和* 来查看区域 可以写入/读入设置默认设置所有壁面为流体边界相近采用阶步处理Ø 区域定义 只基于区域设置相近处理和对复杂几何优化选择( 前/ 后 忽略)n两者高度参数相同 边界层 范围/ 增长选择下面工具是默认的范围设置收缩算法保证边界层没有碰撞/相交 间隙因子和最大长宽比平滑/优化相同阈值作为台阶步阶步ICEM质量默认值是0.

7、99 边界层 区域定义/ 方向n 对于边界层来说自动选择壁面边界Ø 使用方向Direction面板Ø 选择对象Object名称Ø 选择材料点Ø 保持选择和选择壁面选项Ø 点击方向选择面和边界层向流体生长的法线方向 边界层 区域定义/ 增长n 在生长Growth面板选择边界层生长的边界区域选择偏置方法 (cf. 附录)统一的 (第一层高度)(第一层) 长宽比, 最后(面) 比几何增长方法层数(增长) 率指定增长选择(见下页幻灯片)应用定义增长率点击应用Apply保存所有面板设置 对于自动生成网格来说，应用增长Apply Growth来保存边界层设

8、置 边界层 区域定义 /增长选择n 可用的增长选择Ø 一般选择 如果后忽略（见下页幻灯片）被用，删掉无效边界层不应被激活Ø 收缩算法是默认打开的， 并确保边界层没有碰撞/相交。 车辆附近的边界层拉伸 收缩Ø “忽略”是一个前忽略选项，使用后忽略是被推荐的（见下页幻灯片）Ø 激活边界层分离导致更快执行 忽略区域 2-3倍对 5-15层 对于大数量层推荐使用此方法边界层区域定义/ 优化n 后忽略和后从边界层面板中在边界层设置过程中包含了先进的边界层后优化工具在边界层生成之后，用户可以使用后忽略这样的一个到最优的参数设置操作来找 后忽略只能移除比用户标注差的边

9、界层单元四边形-四面体过渡n从四边形到四面体单元过渡有两种方法Ø 金字塔 (默认)ü 结果是完全一致性网格Ø 非一致界面ü 对于高长宽比四边形生成质量非常差的金字塔单元，这种情况下此方法推荐使用 当四边形有很高的长宽比并且金字塔单元质量很差，此时边界层可以可以使用非一致交界面方法。 金字塔底部是四边形，金字塔体和金字塔体侧边区域可以生成 四面体n两个主要的单元Ø 几何选项ü 从边界定义常数增长率函数Øü 需要计算域基于范围或函数ü 提供BOI优化方法 (BOI, 任何形状)ü 可以定义局部增长率

10、 (Meshed,Hard,Soft)ü 例如 : 一个普通汽车使用两个BOI加密的四面体网格+边界层 Volume mesh with refined region BOIs Surface mesh六面体n六面体是一个混合网格格式，在三角形边界网格附近生成四面体网格且在流体标网格）区域生成六面体网格（笛卡尔坐n结合网格自动性和四面体/混合体网格的灵活性，可以降低网格数量提高精度，尤其在旋流方面 1. 第一层边界层 3. 六面体与边界层之间的缝隙采用四面体填充n悬挂节点优化有效从边界到内部过渡完全兼容的边界层棱柱网格n 2. 六面体填充六面体参数及形状过渡n非一致单元结构Ø

11、; 在六面体-四面体过渡上六面体网格总是非一致性，并且这种网格只用在支持非一致性单元的求解器 (例如：Fluent)n四边形-分割过渡Ø 在六面体和四面体之间，采用四边形-分割过渡预定义可以避免金字塔网格生长n悬挂-节点过渡 Buffer layer of 0ØØØ六面体使用的是悬挂-节点单元结构的内表面和体在过渡位置体积变化是8变化率是基于缓冲层Buffer layer的值n分离层Peel Layer Buffer layer of 1Ø 可以使层数）区域更接近六面体（低分离层数）或者远离三角形边界（高分离体积增长 四面体网格(增长率=1.2

12、) 四面体网格(默认增长率=1.6) 六面体网格(缓冲层数= 1) 六面体网格(缓冲层数= 3)六面体网格优化n局部区域Local Region定义局部的六面体区域，在六面体区域中定义最大。在R16版本，六面体网格仍不支持BOI加密并且加密箱体需要被定义，如果需要表面网格细化可用于箱体。点击局部区域.在六面体指定区域的名字面板中进入到六面体细化区域面板。使用水平菜单，在这个区域指定单元的最大指定一个中心点在每个方向上指定箱体的长度使用方向选项可以在全局坐标系下选择性的指定箱体的旋转 定义区域初始化按钮可以初始化被激活箱体的中心及长度确保区域被激活üüü可以激活或不

13、激活区域可以重叠区域-使用最小在图形界面中绘画显示区域范围和最大六面体网例子n 有网格加密和没有网格加密的六面体网格的例子 没有激活加密区 激活加密区六面体及切割体网格输出n激活写入多面体选项， 文件可以写入.msh.gz格式或者 .cas.gz格式选择将父-子悬挂节点单元转换为多面体单元是被推荐的在R16版本中，Fluent Meshing 在网格模式下对多面体单元是受限制的。nn 切换到Fluent求解器模式下将自动转换多面体网格新一代多面体网格(Beta)n从自动网格面板生成多面体网格Ø 新一成技术ü 不需要先生成四面体网格ü 基于函数ü 减少内存

14、（RAM）使用ü 要求防泄漏，高质量的三角面网格ü 必须解决缝隙问题Ø 设置与四面体网格相同Ø 在16.0, 可以使用命令来激活/beta-feature-access yes ok (show-poly-ui #t)到16.1版本 (Q2 2015), 多面体生成还是有些局限性Ø 与模型树不兼容Ø 在多面体网格生成后一些TUI和GUI命令不能使用 薄层体网格生成Ø 支持ü 一致网格穿过相邻区域ü 多源ü 多层ü T-型接触ü 坍塌侧面, etc.Ø 不能集成在自动

15、网格/对象过程中ü 需要手动创建“区域” (见. 附录)空腔网格重构n对于设计变化空腔网格再生成Ø 在 GUI 中: 网格 /工具 / 空腔网格重构Ø 删除在空腔内所有网格区域Ø 用户可以替换和连接新部分；然后再填充空腔Ø 与四面体/六面体/边界层网格相兼容Ø 与自动网格或者对象/树工作流不兼容n轿车案例:移除后视镜并用新设计的替换它 原始网格 空腔+ 新设计 空腔网格重构检查网格n在树形结构中质量概要Quality Summary(歪斜率）可用到ü 在 Fluent 求解器中, 在树杈结构中通过右键点击网格对象你可以使用检

16、查网格命令来检查你的网格拓扑结构ü 网格 à 检查质量可以将质量检查给到Fluent求解器ü 对于选定区域，信息选项可以给出单元类型及单元数量统计n如果生成不正确的六面体或者四面体网格，你可以从树杈结构中删除单元区域ü 注意在纯体网格下，边界区域可以被是在删除情况下可以返回到初始状态，为的ü 对于大模型，特征被关掉，通过设置TUI实现：/网格（mesh）/（自动网格）auto-mesh-controls/（对象区域）copy-object-zones to Fluent Meshing 是双精度的，当你使用单精度时质量检查可能会有不同的结果显示

17、差质量单元nnn高歪斜率，高长宽比等网格可以在图形窗口中显示在边界网格上的问题常常可以用这种方法和纠正为了显示较差单元 : GUI 网格（Mesh ）/ 工具（Tools） /单元修改（ Cell Modify）和网格质量n如果包含如网格被认为是“差的”Ø 非常高歪斜率单元 (歪斜率 > 0.98)Ø 非常高长宽比单元 (除非高长宽比网格远离有较好增长的壁面求解网格)Ø 负体积Ø 边界层的ICEMCFD 质量>0.95 (ICEMCFD 质量是单元行列式， 和翘曲的组合)n单元质量可以用如下方法进行:Ø 删除差网格和面网格质量

18、16; 使用CAD或者其他上游预处理软件来修复几何问题，如尖角或者滑移体Ø 自动节点移动操作Ø 在Fluent求解器模式下转换为多面体网格（对于四面体网格而言）Ø 在Fluent求解器模式下使用网格光顺功能自动节点移动Ø 在体网生成后或者从其他软件包导入的网格，自动节点移动是一个强大的工具可以自动移动局部节点来网格质量Ø 可实现通过网格（mesh）à工具（Tools ）à（自动节点移动）Auto Node MoveØ 在给定的边界上用户指定是否节点移动来网格质量Ø 例如：移动远离尖角处来解决歪斜率问题四面

19、体-边界层分布式并行n 在并行模式下启动Fluent Meshingn 设置网格和求解的节点数Ø 网格节点=< 网格域n 特征Ø 只支持边界层 + 四面体网格 (几何)Ø 连接和面网格分离预先被创建Ø 对于分区来说，使用体区域类型来指定正确的流体/结构/死单元区域n 支持并行边界层和四面体网格工具Ø 边界层范围Ø 边界层区域定义ü 光顺和ü 后忽略Ø 自动节点移动 准备求解如果我们开始于几何和包面或者网格重构， 在最终的网格中有不需要数据Ø 无连接边区域和面区域Ø 输入几何的对象

20、信息nØ 无用的节点Ø 死区 (不需要的体)Ø 面和单元区域可以有：最后添加ID号求解器将消耗这些网格但是会出现在网格中不需要部分的警告模型树杈中“准备求解”是为了删除这些问nn题和不必要的实体Ø TUI命令/网格（mesh)/准备求解（ prepare-for-solve）Workshop WS07 体填充操作附录Introduction to ANSYS FluentMeshing清除网格n在体网生成过程中对于边界不能修改的四面体或六面体核心网格，简单命令网格à 清除可以将用户带回到起点网格à 清除命令删除所有的体网格和“inte

21、rior”类型的面区域。将“interior”类型改为“internal”类型可以保持面区域但是，如果边界层，金字塔或者切割体网格生成，可能会造成清除网格后不能返回到初始状态nnØ对于金字塔或者边界层网格来说， 常会发生，会改变面网格。到相邻边界常Ø新“边界层帽”和“金字塔帽”被生成，通过网格（mesh） à 清除（clear）命令被删除n对于这些，我们在这里重申在Fluent Meshing中强烈推荐使用“Apply（运用）”按保存设置和生成网格前写出网格，这样清除方式可以返回到起始状态。法线方向n在边界层或者金字塔单元生成前，关键是面法线朝向正确的生长的方向。

22、在属性菜单下使用法向显示或者法向颜色或者使用快捷键Ctrl-Shift-c (color) Ctrl-n (normal)nn如果不正确，在边界管理器面板或者在边界层面板方向选项中手动调节法线方向注意基于网格对象，法线会自动校正n选择偏置方法n有四种方法可用于边界层生长：Ø均匀: 在每一层边界层的所有单元有相同的高度Ø长宽比:在每一层边界层的所有单元有相同的长宽比ü 在边界区域网格变化大是很有用的Ø最后-比率: 定义最后一层网格与第一层网格高度之比Ø最小-高度: 每一层所有单元相对于上一层网格在最小垂直高度上生长ü 如果边界层生长的边

23、界区域有的拐角，那么边界层也会有一个的尖角 Uniform Minimum height选择生长方法n 对于生长方法有四种选择:Ø 常数: 每一层有固定高度或者长宽比ü hn=h1Ø 线性: 高度/长宽比线性生长通过斜坡参数定义生长率ü hn = h1+s(n-1)Ø 几何: 高度/长宽比按照指定几何级数生长率生长注意: 最后-比率偏置方法是自动的不需要增长方法-它是内部计算和用户提供足够的层数来保证慢速生长ü hn =rn-1h1Ø 指数: 高度/长宽比按照指定的指数生长率生长ü hn =h1e(n-1)p创建域

24、n一个域Domain是边界区域的集合，边界区域包围的体域是由四面体或者六面体网格的并且包括所有的区域nn全局域总是一个新的域需要被定义ØØØ输入体网格和面网格之后生成边界层或者金字塔网格之后对不同的子体积定义详细参数(四面体增长率,六面体网格缓冲层等) 网格（Mesh）域（Domains） 选择区域和点击新建按创建域，激活按钮是用来激活域的创建域nn每次只有一个域被激活自动网格，（例如：边界层/金字塔/非一致/四面体/六面体网格）报告，和显示只能运用于激活域。只有在激活域内边界被陈列。Ø 在域内用户可以显示自由面和检查重要的TUI命令的区域。nØ

25、; /mesh/domains/create-from: 创建一个由指定计算域相邻所有表面区域构成的域（包括计算域本身），并且激活这个域-如果你想从多网格中只删除一网格是很有用的，并且还可以重构此体网格Ø /mesh/tritet/preserve-cell-zone: 选定的计算域在体网格生成过程中清除，即使计算域在这个激活域内。Ø 降低域生成的要求被Ø /mesh/domains/create-by-point:用户给出坐标点并且FluentMeshing可以基于周围边界创建一个域在Fluent Meshing中创建的域可以被写入并且通过在GUI和TUI菜单中“文件”命令读入n四面体-边界层分布式并行n 在并行