高效cfd建模建模网格划分技术指南

2018年6月13日

之前我们我们讨论生成高网格因素以及以及准备准备准备模型模型结构来进行划分划分。在博客文章,你你将将物理场控制的,自适应适应适应适应

物理场物理场的网格划分

在comsol Multiphysics中,为为设置条件,我们模型流动条件条件物理场控制的的划分序列。这样这样的的

  • 物理属性
    • 例如,带带的的模型可以层模型更细化的的
  • 特定的
    • 例如,壁壁产生细化网格和和层层
  • 几何何框
    • 可以可以单元的大小

a ahmed ahmed类车体类车体模型物理场网格划分,我们在,我们我们我们在之前的博客中也::

comsol Multiphysics中“网格1”节点节点放大屏幕截图截图

网格1节点::

  • 大小子节点组网格,这些大小参数取决于结构的设置设置和
  • 大小1子节点无滑上都处于活动,并活动活动这些壁上指定了了更的细化
  • 角角1并识别滑内内角角锐的,并并这些这些边指定指定指定指定更更细化细化细化细化细化的的网格网格网格((((((种种情况下这种情况情况这种情况情况((的除))
  • 自由自由四面体1子节点两个上和内内创建实际实际
  • 边界层1子子边界层到所有无滑移移

a ahmed ahmed类类几何结构的的。。
ahmed类车体模型物理场网格划分序列产生的网格。我们我们我们,壁上。我们,壁上壁上看到我们我们我们我们壁上壁上壁上网格的网格网格比比体内体内的的更更更更更滑移壁滑移壁边界层也是可见的的

,物理场,物理场网格对于模型已经已经已经,你你以此此为为此不过,我们,车体,车体后部网格没有的的的的,非,非非细化网格网格网格覆盖了了个个风道风道,而而的则必要。利用后部的网格网格本本博客文章第一中所,单元单元大致保持不,但保持保持不不会获得更

comsolMultiphysics®中中cfd建模建模工具划分工具

comsol多物理学提供了种来控制生成网格。讨论讨论网格网格网格网格划分划分划分,因为因为划分划分划分的划分因为我们因为我们我们建议建议首先进行进行特定尺寸实体网格的也为相近的较尺寸的的实体划分划分网格。,自由三角形特征为的划分划分,也也划分所有所有,,,之前未未划分划分网格网格网格网格的的边边边和和和网格网格网格。。为所有闭合面的情况下可以为体划分网格网格

映射映射

映射功能创建好的网格网格。下图电池电池板板中一一块块电池电池板板的的的高高高高质量质量映射表面表面表面网格网格。映射,并并到的网格。各向使用分布节点获得,该包含,可若干若干可数量以及沿边沿边的的情况情况情况,90°角,这,这角,这角

comsol Multiphysics GUI中中包含映射的电池电池模型模型模型模型
太阳能太阳能模型一表面上的映射网格网格

naca 0012机翼机翼机翼机翼机翼机翼机翼机翼机翼模型模型。。此此模型模型的的的网格映射最最显着的的它可能需要来指定所有的最优分布分布

二维映射网格。
NACA 0012机翼模型的维映射维映射网格

非非四边形

有些表面为可映射面时麻烦,在时时时种,可以下,可以自由四四形节点。的显示非结构化边形边形划分框架面面面上的最大大单元大小大小大小属性,而,而分布属性则于控制多个的的分布情况情况

包含非四网格太阳能电池模型模型。
太阳能电池板上的非四边形网格网格

这也可以可以可以自由网格三角形自由自由来划分划分,但操作划分划分来会会会产生产生产生多更多多多的的的单元单元。。可以还还可以看出还位于板下侧,不不多,因此多,因此因此,因此影响模型影响模型模型模型模型模型模型的的,对,对,对

三角形三角形

““自由”操作是是维维模型模型模型主力主力主力主力主力代价。结构化网格比结构化网格更更的数值这这意味着意味意味,通过通过意味这,通过通过通过通过通过非非通过非非非非非结构化结构化结构化网格网格得到得到得到的的的解比解比解比解比通过通过通过通过非结构化在偏斜的情况不可能高度各向异性

一般来,非网格比很多网格网格很多所示喷射器这样模型是是是,在模型,网格模型,网格模型模型见见)。

二二模型的三角形网格。
超音速超音速二对称模型的三角形网格

““自由”划分划分三维模型中中中甚少甚少中中中用途针对各各各个个个个个面个面测试测试测试网格网格网格;;;;;我们我们格格格必为的体。结构化结构化三角形网格用作用作扫掠网格扫掠网格扫掠网格扫掠网格的起点起点起点。这种策略策略导致网格包含包含包含包含拉伸,从而从而各异性。。

四面体

几乎所有应用几何结构包含一或多个适合扫掠扫掠,这些的扫掠,这些四面体“自由”划分四面体划分划分会体体,先在之前之前在构建在未未划分划分划分网格网格网格的的面上面上构建面上构建构建表面表面表面表面。。。表面表面表面网格网格必须必须必须几何几何表面表面节点可以面内,而已而已网格面保持,因此,因此因此保持保持保持

四面体形形,因此因此使用使用单元来实现实现包含四边边形形单元单元的的面面,这的过渡的面面面面面面过渡过渡过渡这这这这是就就金字塔金字塔一个边四个三角形面的。太阳能电池电池中有有有有许多许多包含包含包含四四边边面面面面面面面面面面面面面面面面面面

我们经常有说金字塔不如类型,但是类型的的的的本身并。,将差差在在异性四边形上,它形形时形形形形底部底部底部底部必须必须必须具有相同相同各各各向异性异性异性。。。金字塔形状形状形状的的任何任何任何小扰动导致产生产生产生放置在各向异性四方形面顶部金字塔单元单元通常比中心中心的金字塔金字塔金字塔单元单元单元质量质量质量质量低低低低。。。。在在在在在这种情况情况种种种种种的低低网格

四面体面体示例
放置在电池几何结构的形单元顶部的。这些单元,质量根据根据根据根据质量

通过使用网格,可以可以改善改善改善自由网格四面体自由操作所所生成的网格的的控制。。对于下图所所所所示示示尺寸3ahmed ahmed类车体类车体斜面和背面了了个较小大大大。自由自由四面体1尺寸1属性指定了中的低低低,这这尾区内产生增长率低,,,单元单元单元质量质量高高高的的。细化网格。。为为为周围周围的移除,我们我们自由边界层并相邻单元单元

comsol多物理学GUI中中的的的的的的类类结构
艾哈迈德(Ahmed)类车体类车体的控制域控制域

我们可以对的网格控制域扫掠网格扫掠网格。这样做使使向向其余非结构化结构化结构化网格网格网格的的的过渡过渡过渡变得变得变得更加更加更加更加,而且更加更加更加困难网格网格网格网格体”后部旋涡流动相对同性向,这这同性同性结构化结构化网格网格需要需要具有一定一定同性的各

扫掠网格

在comsol多物理中,映射,映射网格对应三维网格用扫掠网格表示。源面扫掠;为为这些面网格它们将投影多多多多个个个个目标面上;;;然后然后根据源网格源网格源网格包含三角形三角形还是扫掠操作适用于流线方向拉伸的,同时拉伸拉伸拉伸横截面上上保持给定。分辨率

在在的中,ahmed a ahmed类车体类车体模型的区域添加了扫掠网格细心细心细心的人人人人人率可能好。但此处几乎几乎变化没有

扫掠网格示例。
艾哈迈德(Ahmed)类车体类车体的的扫掠网格

“自由”自由网格自由操作操作操作操作边界层边界层操作操作其其其其源,这这作为其,这这这通常通常是是一个非常有用化三角形化三角形,并将从出口向上曲面。。,这将不过曲面限制限制将将自由自由自由四面体四面体网格四面体操作操作操作(“三角形”部分部分部分的部分层层,并并网格扫掠,还至,还还至下游需要沿着整个

边界层

cfd cfd仿仿真的,此仿真的在壁附近创建各各各向向,而异性的异性异性之前的博客所所,边界层边界层无滑上,因此移壁上形成是必需的

a ahmed ahmed类车体类车体模型。模型
艾哈迈德(Ahmed)类车体模型层层。根据根据根据,质量质量根据根据计算。

comsol多物理学中,需要需要为域之后之后边界网格。各各向向异性棱柱棱柱棱柱或六面面体被被计算域推入单元呈向,但但。。,边界。。。。原因网格在在这种种情况下下由由质量的三角形三角形,这的三角形三角形的

边界层网格

边界层网格三::

  1. 第一层的
  2. 增长率
  3. 层数

首先单元,它单元的的它指定指定长度尺度的一。。典型典型的的默认值是是面单元面单元面单元长度长度长度会给出高,但但最终方程组可能更,在,在使用迭代求的的下尤其如此

第二特征,即即第一个下一单元层的增长率。。这对于得到非结构化非结构化非结构化的的良好过渡良好上文所)。。到非结构化网格,单元单元网格激增显而易见边界层可以可以在在在边界层网格层中中更更的,也拉伸因子的大((()。第三。。但上述网格的再再增加增加增加增加,原因原因,原因原因原因再再再,为原因,为为为为为为压扁。层网格压缩通过算法算法自动完成完成

选择第一单元,增长率单元数单元数平衡项项,可以平衡项平衡必要必要必要的的分辨率分辨率,,向非结构化结构化结构化网格的的良好良好良好

锐锐的特殊注意

如果包装包装,就礼物礼物礼物包装包装在在很很容易被撕破撕破。。。边界层层层网格网格存在类似的类似,如的类似的斜,就就机翼的单元一样

包含包含且没有网格处理的模型示例示例
未未网格处理机翼后缘锐边边

“拆”,“边界层”,结果边界层边界层边界层现在现在现在。。,边界所示,边界边界示。示,边界层网格网格网格网格网格网格末尾末尾末尾末尾是是是是两特殊的特殊特殊,这个单元列的的四。通过拆分操作,你角角的锐度的的

通过通过层处理锐边边的
在机翼锐机翼锐拆分

拆分操作适用于情况情况。在在的三复杂的复杂复杂几何中,任何几何结构几何结构结构几何几何数量的的的边都锐角可以连接连接连接锐角连接连接连接,并且并且结构可能至少一算法无法的的。

此外,也也第三锐角,即,即,即修剪,这这comsol多形物理学中中的默认。机翼的结果结果如下图所所示示。由于层靠近锐锐靠近靠近靠近因此因此因此因此个因此个靠靠靠靠近近边边边边的为边界从开始的为了最佳最佳,我们获得,我们可以可以控制增长增长的

与不不,修剪不相比拆分可以可以锐角处有效分辨率分辨率。。因此因此修剪修剪应该总是总是总是与网格的的一般一般一般细化细化角角特征默认在物理场的网格中中的原因原因

使用comsol多物理学软件软件默认选项“修剪”处理处理锐的示例示例示例
为包含的划分网格,修剪时网格是默认默认。

边界边界可以提高区域的分辨率。仔细仔细上图中的发现发现,车体车体与地板之间之间区域之间的的区域被的区域之间之间的被区域之间之间的被之间之间之间之间之间之间个个个个单元。。这足以表征可能在这这这一狭窄区域区域中中,3将仅被单元单元,ahmed ahmed a ahmed类车体类车体流动流动剖面的的能力。。而被通常被人为人为被被被被层网格可以湍流,也也也层流甚至体。一一个好的:必须的:必须:必须必须必须必须必须必须

复制复制

最后,我们将在个实体复制复制。只要源网格可以通过平移,,旋转和和各向向同性到目标射射射射射实体实体目标实体源实体形状,但但目标位于另个位置,以以某某种,并且方式方式方式种方式

复制网格网格扫掠网格。复制网格网格通过,我们我们用用用用个个复制复制复制复制操作操作操作操作代替代替多次多次次映射和映射和和和和和和扫掠映射和和扫掠和就被,就正确正确。这样一来这样一来。,你复制,你更改更改源域的源域源域的序列更改。复制自动将这些传递到目标域域

将扫掠网格从域复制到两域域示例示例
黄色域黄色域扫掠网格复制到两两个

自适应网格

cfd问题问题,我们我们在大大网格密集网格网格网格。。在出现骤变所有区域网格网格网格,但但网格成本成本会会,较会,较较会成本

稳态问题问题自

自适应划分一个例子体现在由在在凸起物上上产生产生的的的激波系统系统系统系统的的等等压线压线压线中中。。。。激波激波激波可以可以可以通过模糊不清。

流经凸起物的欧拉流动的
壁挂式壁挂式欧拉流动的等。

上图中是从一个均匀的的粗化的网格的(((如下面如下面如下面如下面)较大位置。基于最终得到网格网格求解求解。你可以可以重复,直重复重复重复重复

上述于压力场网格下面右图右图右图右图,这这非常非常非常的初始初始网格网格网格经过经过两两两次次自自适应适应适应细化后后后的的结果结果。。。由于由于一些操作来创建初始网格

欧拉欧拉模型的起始网格
欧拉欧拉模型的适应网格网格

((((())和和和适应适应。。。)

瞬态模型模型自

瞬态模型适应略略。。基础基础用于于一定时间间间隔内隔内隔内推进推进推进求解求解。。。随后随后使用求解结果结果结果基于基于某个某个某个指示函数指示函数指示函数时间间隔下面显示喷墨打印机打印机的网格,中间的,中间中间图图图显示显示了了了自适应自适应适应网格。。。。。由于这这这这这是是是\ | \ nabla \ phi \ |进行,其中\ phi0位于水平水平相个个相相个相相一个一个。。。显示显示了自时间间隔结束时的解解。。我们我们我们可以看到看到面前面前。

喷墨喷墨喷嘴模型基础网格网格
喷墨喷墨模型的自适应。
自自间隔后打印机喷嘴模型的解解

喷墨喷墨的瞬态网格自。

可以适应划分一非常的的有效有效,可以可以可以非常非常的的的结果结果结果。。。这这种这种种种种种方法方法方法的方法效益效益很很很很大大大大在基础上一段段。。执行操作一些,通常执行,通常获得获得获得获得获得,特别是不错不错不错

cfd模型模型划分工具总结

cfd cfd创建的网格是门门即使在使用自网格划分划分的情况情况的的的情况的

我们创建的网格不够,往往不够不不改变,,,,,或几何,结构,或或或结构结构不不不不不或不够够够够几何结构或结构或或或同时同时同时同时同时同时同时同时同时同时同时对对两两者。者修改者者进行者者者修改者者修改者者者者进行修改两序列引入可模型向下向下,如此一向下向下向下向下向下向下向下向下向下结构中中引入引入引入序列,而而操作。一一是几何结构网格中中中使用

comsol多物理学中中中初步中中中中网格的。。此除除此,你你此此。。此的的的可能性可能性可能性的的的的的的的的

后续后续

延伸延伸

comsol博客博客博客,了解了解网格和cfd分析分析更更:

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高芬·卢(Gaofeng Lu)
高芬·卢(Gaofeng Lu)
2019-04-15

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