fluent经典问题整理

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这个操作可以把局部网格质量提高。首先通过source一个需要被提高网格质量的源点,线或面,然后在Attachment指定网格区域。做好Boundary layer后在网格的时候Gambit有个选项可以使用Boundary layer也可以忽略。如一个椭圆柱曲率大的地方用大size的网格会很粗糙,也可能边壁区域做不出网格,采用Size function 可以很好的解决类似的问题。

Grid adaption 是在Fluent里细化或者粗化网格,可以把某些计算区域的网格细化以提高计算准确性,也可以把某些计算区域的网格粗化以节约不必要的计算机资源。通过这个操作可以对根据边界区域,计算出来的梯度,等值线,计算区域,体积,和函数等参数对网格Adapt。把网格导入到fluent里面,把要细化的区域在region里面勾画出来,然后在grid adaption选定所选的区域,然后点击adapt,每点一次,把网格间距缩小1/2。细化后,自动把分界面外的网格也细化了,不过是网格面积是原来的1/2,从而可以达到一个好的过渡。

离散格式

插值方式常称为离散格式。

就我们比较熟悉的离散格式来介绍一下。 中心差分格式:就是界面上的物理量采用线性插值公式来计算,即取上游和下游节点的算术平均值。它是条件稳定的,在网格Pe数小于等于2时稳定。在不发生振荡的参数范围内,可以获得较准确的结果。

如没有特殊声明,扩散项总是采用中心差分格式来进行离散。

一阶迎风格式: 即界面上的未知量恒取上游节点(即迎风侧节点)的值。这种迎风格式具有一阶截差,因此叫一阶迎风格式。无论在任何计算条件下都不会引起解的振荡,是绝对稳定的。但是当网格Pe数较大时,假扩散严重,为避免此问题,常需要加密网格。研究表明,在对流项中心差分的数值解不出现振荡的参数范围内,在相同的网格节点数条件下,采用中心差分的计算结果要比采用一阶迎风格式的结果误差小。

混合格式:综合了中心差分和迎风作用两方面的因素,当|Pe|<2时,使用具有二阶精度的中心差分格式;当|Pe|>=2时,采用具有一阶精度但考虑流动方向的一阶迎风格式。该格式综合了中心差分格式和一阶迎风格式的共同的优点,其离散系数总是正的,是无条件稳定的。计算效率高,总能产生物理上比较真实的解,但缺点是只有一阶精度。

二阶迎风格式:二阶迎风格式与一阶迎风格式的相同点在于,二者都通过上游单元节点的物理量来确定控制体积界面的物理量。但二阶格式不仅要用到上游最近一个节点的值,还有用到另一个上游节点的值。它可以看作是在一阶迎风格式的基础上,考虑了物理量在节点间分布曲线的曲率影响。在二阶迎风格式中,只有对流项采用了二阶迎风格式,而扩散项仍采用中心差分格式。二阶迎风格式具有二阶精度的截差。

QUICK格式:是“对流项的二次迎风插值”,是一种改进离散方程截差的方法,通过提高界面上插值函数的阶数来提高格式截断误差的。对流项的QUICK格式具有三阶精度的截差,但扩散项仍采用二阶截差的中心差分格式。对于与流动方向对齐的结构网格而言,QUICK格式将可产生比二阶迎风格式等更精确的计算结果。QUICK格式常用于六面体(二维中四边形)网格。对于其它类型的网格,一般使用二阶迎风格式。

对圆柱体划分网格的一些经验总结:

最近一段时间在做锥形分离器内流场的研究。在对其流场进行数值模拟的过程中,在Gambit中试验了一些关于圆柱体的网格划分方法,并将其导入Fluent中进行了计算进行了对比。在此将个人的一些经验体会与大伙分享。

刚开始划分网格的时候,我天真地认为圆柱体是非常容易划分网格的。但是这折腾了几天后,才发现,圆柱体要得到网格质量好的网格并不容易。经过试验,我总结出了三种划分圆柱体网格的方法。现在一个直径D=300,高度为1000的圆柱体为例进行网格的划分。此圆柱体是直接按照center模式生成体。

方法一:

在二维坐标系下建立一个长1000,宽150的长方形,对此长方形进行网格划分,并设定一条长边为对称轴(注意,采用轴对称模型时,Fluent默认X轴为对称轴)。再将此网格导入Fluent中采用轴对称模型进行计算。此方法优点是:能够划分出高质量的结构性网格,并能在圆柱体的不同部位根据流动情况控制网格的尺寸和长宽比;能够很容易的在近壁面处加入边界层;即使网格尺寸比较小,网格数量也可以得到控制。缺点:二维轴对称模型决定了Fluent中计算结果都是关于轴对称的,并且Fluent中二维轴对称模型如何将二维网格转化为三维网格计算的机理不太清楚,对其计算结果的正确性不好评估。

方法二:

在三维坐标系下建立圆柱体。先在Geometry>volume>Create Real cylinder中以Center形式生成一个直径为300,高度为1000的圆柱体。对其中一个圆面的圆周划分网格节点,取点的间距interval size为10。然后再对这个圆周面划分elements为Quad,Type为Pave的网格,网格大小interval size取10。(需要注意的是,在划分圆周网格节点的时候,选择的interval size要使得相应interval count为偶数,否则没有办法生成Pave面网格)。生成一个圆面上的面网格后,可以用Quad Map生成圆柱侧面的网格,然后再生成体网格。

后来发现,可以一开始在圆面上生成Quad Map网格,然后直接用Hex\\wedge Cooper模式生成体网格。两者的效果是差不多的。

方法二生成网格的问题在于圆面中心区域网格的质量不好控制。同时,从圆柱侧面看,可以发现侧面上的网格都是正方形的,即网格长度不能控制(关键是生成侧面网格时如果直接生成面网格或体网格,因为已经生成圆面的网格大小的影响,无法对长度进行控制),导致网格数量较多。

生成的网格总体质量还是不错的。但因为我所做的课题要求对中心区域的网格质量要求较高,因此我还是在想办法提高中心区域的网格质量。

方法三:

既然要控制中心区域的网格质量和网格的长度。我想了个办法,生成一个圆柱体后,我再以+x +y +z方向生成一个长、宽、高分别为160、160、1200的长方体,再在+x –y +z方向生成一个长、宽、高分别为160、160、1200的长方体,将这两个长方体合并成一个长方体。然后用合成的长方体去切圆柱体。即在split volume 面板中使用volume 圆柱体 split with 长方体,条件只选则connected(其余两项如果选择了会怎样,大家只要尝试一下,并看看生成的体怎么样就可以了)。上述操作其实就是把圆柱体劈成两个半圆柱体。此时我们就可以通过切开圆柱体的那个中间的面上边控制网格的质量和长度了。

对于圆柱体上下端面网格的处理,因为端面被分成了两个半圆面。对半圆面上的半圆弧和直径上的边分别划分好网格节点,再生成面网格,就会发现圆面中心区域的面网格的质量

好了很多,规整了很多。同时,我在想,如果将圆端面分成四个扇形面,可能可以将网格控制得更好更精细。

在将圆柱体劈成两半的那个面的长边上划分网格节点,就可以控制圆柱体侧面上网格面的长度,从而控制体网格的长度。这是方法二做不到的。

经过测试,发现生成的网格质量比方法二有提高,并且我特别关注的中心区域网格质量很好。

方法四:

此方法是在圆柱的端面上生成一种从圆心向四周辐射开去的面网格。生成这种网格时需要圆心存在一个点,并且要将这个点的属性更改。

具体过程如下:在生成圆柱体后。在在生成体的面板中选择生成一个长方体,长方体的长、宽、高分别为160、160、1200,生成方式采用+x +y +z方式。生成体后,在split volume面板中选择volume 圆柱体 split with 长方体,条件只选则connected。然后我们便得到了一个端面为3/4圆面的体和一个端面为1/4圆面的体。此方法实际是为了方便的在圆柱体端面上划分出圆心。此圆心是我们生成辐射状网格必须的。我们打开生成面网格的面板Mesh>Face,打开十个按钮中第一行第四个按钮set face vertex type,在face中选择1/4圆面的那个体的扇形端面,在Type中选择Trielement,然后在Vertices中选择次面上那个圆心点,点击Apply。然后我们便可以对次面生成面网格,我们会发现在选中这个面的时候,网格类型自动选择为elements为Quad/Tri,Type为wedge primitive,选择合适的尺寸。便可以生成从圆心辐射向外的面网格。

同样的方法处理完3/4圆面的那个体的扇形端面。然后我们可以便可以先在两个体的侧面生成Quad Map网格,因为在面上生成网格,网格的长度可以通过边上的网格节点来控制。最后生成体网格。

此方法生成的网格非常漂亮,但能从网格上直接看出在圆柱端面的中心的网格实际是一很长很窄的扇形,因此可以判断中心处的网格质量很差,但外围的网格质量非常好。检查网格时证明的我的推测是正确的,中心区域网格质量非常差,网格扭曲度达到了0.9-1,但外围的网格质量都非常好。

此方法实际更适合对中心是空心的圆柱体进行网格划分。

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