网格是如何的 CFD 计算产生影响的,网格划分的时候需要注意什么

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匿名
擅长:AUTODYN

网格质量对模拟的影响

  • 网格质量对解的收敛性和准确性有非常大的影响。

  • 高 Skewness 的网格妨碍收敛, 甚至因为产生较大源项而导致发散。

  • 解的发散经常是因为少部分的网格质量有问题。

  • 拉伸严重的网格经常使方程求解困难,妨碍收敛。

网格类型(拓扑结构)对求解精度的影响

  • 三角形和四面体网格从本质上比四边形和六面体产生更大的截断误差。前提是:流动方向与四边形或六面体的排列方向平行

  • 在薄剪切层(边界层, 自由剪切层), 三角形和四面体网格比平行于流向的四边形或六面体网格产生更大的数值扩散。

  • 对于流动情况复杂以至于主流方向不明确时,Hex 和 Quad 网格失去了优势。与流动方向不平行的 quad 或 hex 网格精度反而不如 Tri 或 Tet 网格。

网格类型(拓扑结构)对求解精度的影响

  • 虽然结构化的 quad 和 hex 网格在准确性上有优势,但是对复杂工业设备,这两种网格的优势只是体现在局部,从全局来说并不是一定占优。对复杂的几何难以使用全六面体网格或者要花费太多时间。没有明确的主流速度,如果采用的网格方向与流向偏差很大,在局部数值扩散将超过物理扩散。

  • Tri 和 Tet 网格的准确性能够通过使用混合网格来提高;混合网格(保持精度,降低网格量);在壁面上生成边界层网格

网格布局对 CFD 求解精度的影响

  • 复杂曲率表面的面网格质量对于体网格的生成是非常重要的。(比如,机翼的前缘、桥柱、弯管、车灯)

  • 网格高度和增长率在某些区域是非常重要的,(比如:边界层内的流动);在边界层中,尽量布置 4 - 5 层 Prism 网格。FDM 中的格言(“保持增长率在 1.2 以下”)

  • 为了保证体网格的质量,用户应该首先保证面网格的质量,这包括去除;尖角、狭缝、合并碎面。

  • 在拐角和尖角处,网格应该布置的较细密,而在形状变化不大的表面,网格可以比较粗糙。

  • 面单元的面积增长率应该保持在 20% 以下。

  • 尽可能提高表面网格的质量,尽量保持网格的扭曲度在 0.45 以下。

  • 尽量捕捉流动结构(tip-vortex, near-wake).

  • 上游会影响下游的流态

  • 不但要在研究物体的后部加密,在前端也需要网格加密。

  • 当研究一个新应用时,首先对此类问题的网格无关性进行研究是比较必要的,如此能够推出适合此类问题的网格尺度,保证了结果的可靠性。

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