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三种常见的网格细化技术

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由于非结构化网格的点和邻接关系不遵循任何全局结构,因此也可以添加或删除网格单元格和点。动态添加、删除或移动网格单元格和点的过程称为网格自适应

根据问题的性质,需要网格自适应技术来在保持计算成本较低的同时获得准确的解场,通过控制网格单元格和节点的总数。通常,所需的细化程度与基于要解决的方程估计的误差相关。因此,误差较高的区域最终会累积更多的网格单元格。

网格细化分为几种一般类型。最常见的类型被称为:

  • h型细化

  • r型细化

  • p型细化

  • 上述的组合


1. h型网格细化(h-refinement)


     

   

h型网格细化是通过减小网格单元的大小来增加网格密度的方法。它基于增加网格单元的数量,从而减少每个单元的特征长度(h),以提高局部区域的分辨率。

效果:

1)增加局部网格分辨率,能够更好地捕捉流动细节。

2)增加系统的自由度,可能导致计算成本和内存需求的增加。

3)适用于捕捉边界层、激波、大梯度区域等现象。

这种技术可以经济地增加局部网格分辨率,但也会因为增加了系统的自由度而增加要解决的差分方程的数量。

在非结构化网格上,添加单元格或点是直接的,因为它涉及修改单元格的重新连接。在结构化网格上进行细化并不直接,因为添加单元格可能会破坏网格的规律性。使用自适应结构化网格时,通常允许非一致网格。

网格细化技术通常也允许网格去细化,这可以用来减少在估计误差非常低的区域的单元格数量。这允许更有效地使用计算能力,降低成本和模拟时间。


2. r型网格细化(r-refinement)


     

   

r型网格细化是通过移动或调整网格单元的位置来改善网格质量的方法,而不改变网格单元的数量或大小。这种细化通常用于保持网格的全局结构,同时优化网格的布局以更好地适应流动特性。

效果:

1)网格单元的形状和方向得到优化,提高了解的准确性。

2)网格的总体数量保持不变,因此计算成本可能不会显著增加。

3)适用于改善网格布局,如在流动方向上对齐网格或避免过度拉伸的单元。

下图显示了一个可能与冲击波传播问题相关的r型网格细化过程的例子,其中在解的高变化区域保持更高的网格分辨率。


3.p型网格细化(p-refinement)


     

   

p型网格细化是通过提高网格单元内部的多项式阶数来增加解的精度的方法。在有限元方法中,这意味着使用更高阶的基函数或形状函数来表示单元内的解。

效果:

1)在不改变网格结构的情况下提高了解的精度。

2)可以减少因网格过粗导致的数值误差。

3)通常与h型或r型细化结合使用,以实现更高效的求解策略。


4.其他网格自适应技术


     

   

自适应重新网格化技术用于根据估计的误差生成新的网格。这允许使用更少的点获得最佳的总体网格质量和更少的点。另一方面,网格创建的开销可能很大。自适应重新网格化可以局部使用,仅在估计误差过高或过低的区域生成新网格。

可以使用上述技术的组合。例如,r型和h型细化的组合可以称为rh型细化,其中节点既可以在网格上位移或创建。




来源:CFD饭圈
FluentCFX燃烧动网格Polyflow控制ParaViewParticleWorks
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首次发布时间:2024-09-08
最近编辑:1月前
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Fluent仿真实例-载人舱以超高音速再入大气层的仿真2仿真设置

1.网格 具体的网格划分教程,请看上一篇教程。为了检查再入舱周围的网格单元,显示启用边和面的网格,并禁用远场边界。Domain → Mesh → Display......2.求解器设置 设置求解器设置。Setup → General a. 在类型组框中选择基于密度。3.模型 1)选择求解能量方程,并启用双温度模型选项。在双温度模型中,一个温度代表空气分子的平移和旋转能量,另一个代表它们的振动和电子能量。对于高超音速流动的准确模拟来说,考虑这种热非平衡状态非常重要,尤其是对于表面热传递和温度预测。Setup → Models → Energy Edit......a. 在能量模式组框中选择双温度模型。b. 点击确定关闭能量对话框。2)保留默认的k-ω SST湍流模型。Setup → Models → Viscous Model → SST k-omegaa. 确保在选项组框中选择了压缩性效应。b. 点击OK。4.材料 设置空气的属性,这是默认的流体材料。Setup → Materials → Fluid → air Edit......保留与双温度模型选择同时自动设置的默认空气属性:a. 密度选择理想气体。b. 比热选择玻尔兹曼-动力学理论。c. 热导率选择eucken关系。d. 粘度选择blottner曲线拟合。e. 关闭创建/编辑材料对话框。5.操作条件 设置操作压力。Setup →Boundary Conditions → Operating Conditions......a. 输入0帕斯卡作为操作压力。b. 点击确定关闭操作条件对话框。6.边界条件 1)设置far-field边界的边界条件。Setup → Boundary Conditions → Inlet → inflow Edit......a. 输入25帕斯卡作为表压力。b. 输入17作为马赫数。c. 分别输入0.90630778和-0.42261826作为流动方向的X分量和Y分量。这些值由-25°攻角确定:cos -25°= 0.90630778和sin -25° = 0.42261826。d. 在湍流组框中的规范方法下拉列表中保留强度和粘度比。e. 输入1%作为湍流强度,1作为湍流粘度比。f. 点击Thermal选项卡并输入250 K作为温度。g. 点击应用并关闭压力远场对话框。2)设置outflow边界的边界条件。Setup → Boundary Conditions → outlet → outflow Edit......a. 输入25帕斯卡作为表压力。b. 选择平均压力规范。c. 选择弱作为平均方法。d. 在湍流组框中的规范方法下拉列表中保留强度和粘度比。e. 保留1%的默认值作为湍流强度和1作为湍流粘度比。f. 点击热力选项卡并输入250 K作为温度。g. 点击应用并关闭压力出口对话框。3)设置capsule wall的边界条件。Setup → Boundary Conditions → Wall → capsule Edit......a. 点击热力选项卡并输入1500 K作为温度。b. 点击应用并关闭壁对话框。7.解决方案 1)在TUI中打开高速数值high speed numerics求解方案。a. 按回车键在信息控制台获取命令提示符(>)。b. 如所示框中输入文本命令:c. 如所示框中输入文本命令:2)设置solution method参数。a. 在Formulation下拉列表中保留默认的Implicit。b. 从通量类型下拉列表中选择AUSM(上游分裂方法)。c. 在空间离散化组框中从梯度下拉列表中选择Green-Gauss Node Based。d. 在空间离散化组框中为流动和双温度模型选择二阶迎风格式。e. 在空间离散化组框中为湍流动能和特定耗散率选择一阶迎风格式。f. 选择Warped-Face Gradient Correction。g. 选择Higer Order Term Relaxation。h. 选择Convergence Acceleration For Stretched Meshes。3)设置解决方案控制参数。a. 点击Limits...打开Soluton Limits对话框。b. 输入最大静态温度为20000。c. 点击确定关闭解决方案限制对话框。4)创建力报告定义以绘制和记录再入舱上的阻力。Solution → Defnitions → New → Force Report → Drag...a. 输入drag-force报告的名称。b. 在报告输出类型组框中选择阻力。c. 在力向量组框中输入X为0.9063078,Y为-0.4226183。d. 在区域选择列表中选择capsule。e. 在创建组框中启用报告绘图和控制台打印。f. 点击确定关闭阻力报告定义对话框。5)同样,为再入舱上的升力创建力报告定义。Solution → Defnitions → Force Report → New → Lift...a. 输入lift-force报告的名称。b. 在报告输出类型组框中选择升力。c. 在力向量组框中输入X为0.4226183,Y为0.9063078。d. 在区域选择列表中选择再入舱。e. 在创建组框中启用报告绘图和控制台打印。f. 点击确定关闭升力报告定义对话框。6)为再入舱上的总热传递创建通量报告定义。Solution → Defnitions → New → Flux Report → Total Heat Transfer Rate...a. 输入heat-flux报告的名称。b. 在区域选择列表中选择再入舱。c. 在创建组框中启用报告绘图和控制台打印。d. 点击确定关闭通量报告定义对话框。7)在计算期间启用残差绘图。Solution → Reports → Residuals...a. 选择高级选项以打开面板。b. 在残差值组框中选择比例和计算局部比例。c. 从报告选项下拉列表中选择局部缩放。d. 在收敛标准下选择绝对值。e. 确保在选项组框中启用绘图并点击确定关闭残差监视器对话框。8.初始化解决方案 Solution → Initializationa. 在初始化方法组框中选择标准初始化。b. 从计算来自下拉列表中选择流入。c. 点击初始化以初始化解决方案。d. 运行全多重网格(FMG)初始化。FMG初始化通常有助于计算的轻松启动,特别是对于存在极其强烈的变化和梯度的高超音速流动,初始化的解决方案必须适应以反映给定的边界条件。使用FMG初始化通常最小化了用户在启动时需要采取的其他措施,例如逐渐增加CFL(Courant Friedrichs Lewy)数,从而减少了收敛的迭代次数。i. 按回车键在信息控制台获取命令提示符(>)。ii. 如所示框中输入文本命令并输入响应。当没有输入响应时,按回车键接受默认值:保存案例文件(CapsuleFlow.cas.h5)。9.开始计算 Solution → Run Calculation → Run Calculation...a. 输入迭代次数为500。b. 点击计算。c. 计算完毕后保存案例和数据文件(CapsuleFlow.cas.h5和CapsuleFlow.dat.h5)。10.后处理 1)显示马赫数Results → Graphics → Contours → New......a. 输入contour-mach-sym作为等值线名称。b. 在选项组框中禁用全局范围选项。c. 从等值线下拉列表中选择Velocity...和Mach Number。d. 从表面选择列表中选择sym。e. 选择绘制网格。f. 在打开的网格显示对话框中,从表面选择列表中选择再入舱。g. 在选项组框中选择边。h. 从表面选择列表中选择再入舱。i. 点击显示并关闭网格显示对话框。j. 点击保存/显示并关闭等值线对话框。2)显示热通量Results → Graphics → Contours → New......a. 输入contour-heat-flux作为等值线名称。b. 在选项组框中禁用全局范围选项。c. 从等值线下拉列表中选择Wall Fluxes...和Total Surface Heat Flux。d. 从表面选择列表中选择再入舱。e. 点击保存/显示。f. 更改光线方向以更好地可视化再入舱表面。View → Graphics → Lights......g. 在方向组框中输入X的-1。h. 点击应用并关闭灯光对话框。i. 关闭等值线对话框。3)在对称平面上绘制平移-旋转温度与振动-电子温度的比率。这可以指示流动中热非平衡区域,这些区域可以采用双温度模型来考虑。Parameters & Customization → Custom Field Functions New......a. 在来自组框的选择操作字段函数中,从字段函数下拉列表中选择Two Temperature Model...和平移-旋转温度。b. 选择/作为计算器。c. 从字段函数下拉列表中选择振动-电子温度。d. 输入ttr-over-tve作为新函数名称。e. 点击定义并关闭自定义字段函数计算器对话框。Results → Graphics → Contours → New......f. 输入contour-ttr-tve作为等值线名称。g. 在选项组框中禁用全局范围选项。h. 从等值线下拉列表中选择Custom Field Functions...和ttr-over-tve。i. 从表面选择列表中选择sym。j. 点击保存/显示并关闭等值线对话框。4)检查热非平衡的另一种方法是定义一条穿过激波到再入舱表面的线,沿着这条线绘制两种温度。我们将定义这条线大致沿着代表停滞线的线,与再入舱的轨迹平行。Results → Surface → Create → Line/Rake...... a. 输入stagnation-line作为新表面名称。b. 输入x0、x1、y0、y1、z0和z1的值如下:c. 点击创建并关闭Line/Rake Surface对话框。5)在近似停滞线上绘制平移-旋转温度和振动-电子温度。Results → Plots → XY Plot → New......a. 输入ttr-stag-line作为XY图名称。b. 从Y轴函数下拉列表中选择Two Temperature Model...和平移-旋转温度。c. 从表面选择列表中选择停滞线。d. 在选项组框中启用写入文件以保存径向速度剖面。e. 点击写入...按钮以打开选择文件对话框。i. 在XY文件文本框中输入trt-stag-line.xy并点击确定。确保仔细检查文件保存的位置,以确保它们被保存在您打算的位置。f. 同样为沿停滞线的振动-电子温度写入一个xy绘图文件,命名为tve-stag-line.xy。g. 关闭解决方案XY绘图对话框。6)在近似停滞线上比较平移-旋转温度和平移-振动-电子温度。a. 打开绘图数据源对话框。Results → Plots → Data Sources...b. 点击加载文件...按钮以打开选择文件对话框。i. 选择trt-stag-line.xy和tve-stag-line.xy。ii. 点击确定保存文件并关闭选择文件对话框。c. 从曲线信息选择列表(曲线组框)中选择以trt-stag-line.xy结尾的文件夹路径。d. 在右下角的文本框中输入平移-旋转。e. 点击更改图例条目按钮。对于trt-stag-line.xy在图例条目列表中的项目将更改为平移-旋转。这个图例条目将在稍后生成的XY图中的左上角显示。f. 以类似的方式,将以tve-stag-line.xy结尾的文件夹路径的图例条目更改为振动-电子。g. 为标题和图例标签输入Trt & Tve温度。h. 点击轴...并将精度设置为2,然后关闭轴 - 绘图数据源对话框。i. 点击绘图并关闭绘图数据源对话框。保存案例文件(CapsuleFlow.cas.h5)。来源:CFD饭圈

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