轉載：結構及非結構化網格的區別

2017-01-15 by:CAE仿真在線來源:互聯網

CFD網格的分類,如果按照構成形式分,可以分為結構化和非結構化

結構化:只能有六面體一種網格單元,六面體顧名思義,也就是有六個面,但這里要區分一下六面體和長方體。長方體(也就是所有邊都是兩兩正交的六面體)是最理想完美的六面體網格。但如果邊邊不是正交,一般就說網格單元有扭曲(skewed). 但絕大多數情況下,是不可能得到完全沒有扭曲的六面體網格的。一般用skewness來評估網格的質量,sknewness=V/(a*b*c). 這里V是網格的體積,a,b,c是六面體長,寬和斜邊。

sknewness越接近1,網格質量就越好。很明顯對于長方體,sknewness=1. 那些扭曲很厲害的網格,sknewness很小。一般說如果所有網格sknewness>0.1也就可以了。結構化網格是有分區的。簡單說就是每一個六面體單元是有它的坐標的,這些坐標用,分區號碼(B),I,J,K四個數字代表的。區和區之間有數據交換。比如一個單元,它的屬性是B=1, I=2,J=3,K=4。其實整個結構化單元的概念就是CFD計算從物理空間到計算空間mapping的概念。I,J,K可以認為是空間x,y,z在結構化網格結構中的變量。

非機構化:可以是多種形狀,四面體(也就三角的形狀),六面體,棱形。對任何網格,都是希望網格單元越規則越好,比如六面體希望是長方形,對于四面體,高質量的四面體網格就是正四面體。sknewness的概念這里同樣適用,sknewness越小,網格形狀相比正方形或者正四面體就越扭曲。越接近1就越好。很明顯非結構化網格也可以是六面體,但非結構化六面體網格沒有什么B,IJK的概念,他們就是充滿整個空間。

對于復雜形狀,結構化網格比較難以生成。主要是生成時候要建立拓撲,拓撲是個外來詞,英語是topology,所以不要試圖從字面上來理解它的意思。其實拓撲就是指一種有點和線組成的結構。工人建房子,需要先搭房粱,立房柱子,然后再砌磚頭。拓撲其實就是房子的結構。這么理解拓撲比較容易些,以后認識多了,就能徹底通了。生成結構化網格的軟件gridgen,icem等等都是需要你去建立拓撲,也就是結構,然后軟件好根據你的機構來建立網格,或者砌磚頭。

非結構化網格的生成相對簡單,四面體網格基本就是簡單的填充。非結構化六面體網格生成還有些復雜的。但仍然比結構化的建立拓撲簡單多。比如 gambit的非結構化六面體網格是建立在從一個面到另外一個面掃描(sweep)的基礎上的。Numeca公司的hexpress的非結構化六面體網格是用的一種吸附的方法。反正你還是要花點功夫。另外一點就是,結構化網格可以直接應與于各種非結構化網格的CFD軟件,比如你在gridgen里面生成了一個結構化網格,用fluent讀入就可以了。fluent是非結構化網格CFD軟件,它會忽略那些結構化網格的結構信息(也就是B,I,J,K),當成簡單的非結構網格讀入。非結構化六面體網格就不能用在結構化網格的CFD求解器了. 結構化網格仍然是CFD工程師的首選。非結構化六面體網格也還湊合,四面體網格我就不喜歡了。數量多,計算慢,后處理難看。簡單說,如果非結構化即快又好,結構化網格早就被淘汰了。

總結一下, 結構化六面體:建立拓撲(所有軟件gridgen,icem什么的都是一種拓撲概念,界面不一樣罷了),生成網格非結構化六面體:學習軟件,gambit用掃描方法,hexpress用吸附方法,按照步驟就行了。非結構化四面體:簡單,看兩頁教程,搞定,就是簡單填充,沒什么技術含量! 其他非結構化網格,棱形等等:學習軟件,按照步驟,很容易。

不管用什么網格軟件,我們最好有比較扎實的CAD(pro/e, solidworks, UG什么的)基礎。熟練的CAD技術太重要了。另外,有的地方sknewness的定義是(a*b*c)/V,所以大家注意數字的變化,但概念是一樣的

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