相信很多液体技术工程师在具体的模拟仿真工作中中都遇到过同样的问题:自动生成体网格以后,要不网格的扭曲度过高(一般是skewness>0.98),求解器无法接受;要不扭曲度符合规定,网格总数但又太大(大上百万或几千万),这时计算机系统没法读取和测算,甚至有一些索性连网格都画不出来了。
图1 网格在相交位置出现大扭曲度的现象(skew>0.98)
那样,为什么会有那样二种极端化的情况呢?除开他们两个以外,是否有折中的方法能选呢?我觉得,发生这种问题的核心缘故,实际是几何图形简单化问题。
一般,当几何图形修补的工作几个“医师”下班以后,下面就来进入几何图形简单化的工作内容了。事实上,比照几何图形修复工作中,几何图形简单化的工作需要相对性更加简单一些,只要我们仅对修补好一点的实体线来操作,那样,发生实际操作不正确的机率便会大大的降低;所使用的工具软件,也远低于修补工作中。
● 几何图形简单化的前提:修补几何图形工作中进行。
自然,对于一些特殊状况,修复和简单化能够更替开展。例如由于简单化的需求,而改动一些特点,那么就会选用“先删掉、后修复”的方法去进行。
假如模拟仿真地区必须规模性复建,(但前提是复建工作效率要远远超过逐渐简单化,例如有大量繁杂圆弧必须删掉)那样这时几何图形简单化工作好像就能省去没了;自然,省去的也包含修复工作中。
具体的模拟仿真工作上,并非所有的预处理都要几何图形简单化(和几何图形修复),就像我们应用Fluent Meshing里的包囊作用(Wrap),它能直接解决“脏”几何图形,同时还可以包含简单化的那一部分作用。那这些前提下,几何图形简单化思路便是另外一种情况了。
● 几何图形简单化对象
几何图形简单化对象是相当灵活多变的:绝大多数时是固态地区,因为他们更为有效,能够确保整个过程的准确性。例如流固耦合传热难题,固态必须参加模拟仿真,那就先简单化固态地区,再提取势流,那样液体与固体中间不会出现干预和间隙;
其他一小部分的现象立即简单化液体地区,由于这可以提高效率。常常会在单实体线势流问题中,由于固态表面(不与势流接触到的)一些细节是不用包含于测算里的,简单化都是做无用功。
图2 比较常见的几何图形简单化(修补)方法
● 必须几何图形简单化的画面
全部必须几何图形简单化的画面都要液体技术工程师开展衡量。因此这类问题特点全是相对应的,仅有充足考虑全部具有的标准以后,才能做到最佳的挑选。
情景一:几何图形上存在相对性繁杂的主次特点
CAE模拟仿真的实质依然是工程项目,我们一定要将工作效能摆在首位。过多主次特点会很大的减少工作效能,而且很多繁杂的特点对咱们关键关心的地区,基本不会造成任何影响。因此,正常情况下这一类特点是一定要简单化完的,并且一般不用技术工程师开展额外衡量。
图3 螺丝便是CFD模拟仿真中较为常见的主次特点
情景二:关键关心地区的小细节特点过度繁杂
这一类状况一定要最先衡量,一定要保特点?还是得高效率?自然,不管是哪一种挑选都是有道理的,没有对与错,仅有是否适合。
针对这一类难题,一般是选用相对性折中的方式,进行一些比较有限范围之内简单化:当在圆弧的操作过程中,半经低于某一标值地进行简单化,超过的则保存;或是在小一点阶梯、长边部位进行一些两端对齐实际操作,规格上都要求一个限制来限定,防止过多毁坏初始几何结构。
图4 繁杂的关键地区就是让技术工程师更为头疼的事情
情景三:势流上存在厚壁导流板
厚壁导流板通称隔板,其核心的作用是势流导向性,最终目标是把液体区域内的流动性最高效的应用下去,从而达到调节流动性方位、减少涡旋(流回)和压力降、提高(特别是持续高温)地区流动目地。隔板的实质依然是三维实体线,仅仅薄厚远远小于别的两条路线的限度。因而,如果对于此类厚壁几何图形区划三维网格可能很大的提升网格总数,可能会导致高效率比较低。因而,针对这一类的几何图形一般采用提取面与面的优化形式,由三维实体线立即转换成二维的边界层界限,以达到降低网格的数量目地。
自然,即使是这类选择性非常大的状况,依然必须技术工程师先衡量要求,假如轻率将厚壁隔板简单化为二维无薄厚边界层,则有可能导致精密度下降的结论。
图5 无薄厚处理后的隔板
情景四:液体地区存有斜角
假如液体区域内的几何结构中存在斜角,那样不管采取哪种网格都是不能边界层大扭曲度过程的,并且,任何一个大扭曲多度网格都是会引起全部区域内的非物了解,所以必须要简单化液体斜角区域内的几何图形。
针对斜角的优化方式,事实上更加简洁和立即,那便是切除斜角处几何图形,如图所示。激光切割后界限一般都互相竖直,因而基本不会再发生大扭曲度网格的情况了。
图6 斜角地区
图7 激光切割后斜角地区
从具体物理的状况来看,激光切割掉这种尖尖的地区是有充足理由的。依据粘性流体的基本假设,边界层附近液体速率为0,斜角附近液体自身间距每个边界层都那么近,因而流通性差,流体密度大,速率也大部分都是0。因而清除掉一部分速率全0的地区应该是模拟仿真危害极小的。
这一类斜角的现象一般不需要衡量,立即清理掉就可以。
情景五:存有不容易找到的间隙
假如是液体地区本来就是间隙,那也许也没有太多方法去简单化,可以用比较多的网格去铺满间隙,不然精密度便会损伤。
但是现实的几何图形当中,通常存在许多不容易被找到的间隙,如图所示。这一类的间隙假如不认真解决得话,就容易出现“网格并不是过多便是很尖”的现象。
图8 不容易被找到的面内间隙
图9 针对面内间隙,假如网格数量不多,则品质比较差
图10 假如网格性价比高,则总数许多
对于这类间隙,一般解决的办法有如下二种:
1、网格专用工具中的defeature忽视特点专用工具。当被忽略的标值超过间隙的间距时,该间隙将被忽视,被忽视地区要被更加平滑的几何图形替代,进而防止出现大扭曲多度网格。
2、几何图形立即解决间隙。如果怕上边特点被忽略的方法也会产生难以控制得到的结果时,可以按想定目标开展几何图形改动。自然,相似的几何图形立即改动也会相对复杂一些,难度系数也就越大。
事实上,我们还有许多必须几何图形简单化的画面,如固态地区存有斜角、界限相交等,此文仅限于篇数暂时不做详细介绍。
总得来说,假如你能够妥当进行几何图形简单化工作,那就一定可以找到一条折中的线路,进而逃出“网格并不是很尖便是过多”的困境。
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