创建Fluent Meshing高质量网格-以航空飞机外流场为例（赠模型资料）

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作者优秀: 优秀教师/意见领袖/博士学历/特邀专家/独家讲师
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导读：Fluent Meshing 是一款功能强大的非结构化网格生成工具，能够处理几乎无限大小和复杂性的网格。网格可以由四面体、六面体、多面体、棱柱或锥体单元组成。传统上，Fluent Meshing 一直是高级用户的工具，其优势在于提供高度的可控性，但这通常伴随着陡峭的学习曲线。然而，随着水密 Watertight Geometry 和容错Fault-Tolerant Meshing (FTM) 网格划分工作流的引入，学习曲线被显著简化。通过这两个网格划分工作流，用户所需的所有输入都简单直观，所有用户都可以在 Fluent Meshing 中轻松创建高质量的 CFD 网格。

水密Watertight Geometry 工作流是一个向导式的网格划分流程，专门用于处理“水密”CAD几何模型。它通过一系列简化的步骤，帮助用户高效地生成高质量的网格。本文通过航空飞机外流场案例来讲述 Fluent Meshing 中 Watertight工作流的应用。

3月13日20时，笔者在2025科研创新仿真主题月第五期讲座做《科研创新之仿真前处理Fluent Meshing应用》公开课，介绍Fluent Meshing网格划分应用案例与专业技能经验。

一、Fluent Meshing 航空飞机外流场网格划分

案例说明：商用飞机周围流体域的半模型 CAD 文件将被导入水密几何工作流，并用于生成体积网格。流体区域的提取依赖于全局尺寸控制和 BOI 局部尺寸控制。体积网格的生成采用并行算法，并结合多面体-六面体核心的镶嵌网格技术，以提高网格质量和计算效率。

步骤1：查看几何模型，并启动Fluent Meshing

使用Fluent Meshing的水密流程，首先需要确保导入的CAD模型是没有几何缺陷，意味着流体域（或者固体域）的面和边没有泄露或者间隙。水密几何处理操作建议在Ansys SpaceClaim中完成。本模型通过在SpaceClaim中创建包围盒可以进行局部网格加密，见图 1。此外，飞机近壁面流体域和远壁面流体域采用共享拓扑结构，见图 2。

启动Fluent，选择Meshing模式。设置工作路径（Working Directory），注意路径中不能包含中文字符。

步骤2：选择水密几何网格划分流程

在Workflow列表中选择Watertight Geometry工作流程，软件自动出现工作流程所需要完成的步骤，具体设置可对照图 3。

步骤3：导入几何模型

按照流程图指示，单击“import Geometry”选项卡开始导入几何模型。参考图 4，在下方的输入面板中进行下列操作：文件格式选择CAD，设置几何单位为m，打开高级选项，在Separate Zone By右侧的下拉菜单中选择region，打开Use custom faceting，将Tolerance的数值设成0.1，把Max Facet Length的数值改为10。点击CAD File右侧图标浏览并选择half-aircraft.scdoc文件，导入几何模型。

注意：相关几何文件在文章最后云盘链接获取见下文（下载路径：ANSYS CFD网格划分技术指南与实例详解->第三篇->第四章->案例4.3.2）

步骤4：添加局部尺寸

模型引入完成后，为了更好地研究飞机部分的流体运动，需要对航空飞机的机翼、引擎及周围进行局部网格尺寸设置。单击添加局部尺寸选项卡，将是否添加局部选项卡从no变更为yes，然后进行添加局部尺寸操作。

（1）航空飞机机翼设置

参考图 5，在name选项卡进行命名为boi-aero，在Size Control Type选项卡右侧的下拉菜单中选择Body Of Influence，改变Target Mesh Size的数值为0.2，在Select By选项的下拉菜单中选择label选项（一般为默认设置），在下方的区域选项卡中选择half-aircraft-boi-fin、half-aircraft-boi-tail、half-aircraft-boi-tip和half-aircraft-boi-wing四部分。单击下方的Add Local Sizing，完成局部尺寸添加。

（2）机翼附近流场的网格设置

在name选项卡进行命名为boi-near，在Size Control Type选项卡右侧的下拉菜单中选择Body Of Influence，改变Target Mesh Size为0.65，在Select By选项的下拉菜单中选择label选项（一般为默认设置），在下方的区域选择中选择half-aircraft-boi-near。最后单击下方的Add Local Sizing，完成航空飞机引擎处的局部尺寸添加，如图 6所示。

（3）机翼引擎设置

在name选项卡中命名为boi-engine，在Size Control Type选项卡右侧的下拉菜单中选择Body Of Influence，改变Target Mesh Size的数值为0.15，在Select By选项的下拉菜单中选择label选项（一般为默认设置），在下方的区域选择中选择half-aircraft-boi-engine。最后单击下方的Add Local Sizing，完成航空飞机引擎处的局部尺寸添加，设置如图 7所示。

步骤5：创建全局面网格

局部网格尺寸创建完成后，接下来对全局的面网格进行设置，在Generate the Surface Mesh下进行这一操作，参考图 8。改变Minimum Size右侧的数值为0.003；将Maximum Size的数值改为50；在Size functions右侧的下拉菜单中选择Curvature & Proximity（一般为默认设置）；将Curvature Normal Angle右侧的数值改成12，将Cells Per Gap右侧的数值为3，保持Scope Proximity To为edges不变；高级选项中的设置保持不变。最后单击下方的Generate the Surface Mesh的按钮进行面网格创建。

完成后的全局面网格如图 9所示，飞机附近面网格如图 10所示。

补充：如果Fluent显示面板下方出现图 11的提示时，说明面网格质量不够，此时为了保证在模拟中可得到较为准确的结果，需对面网格的质量进行提高。

不同的Fluent Meshing版本画出的面网格质量不相同，如果面网格偏斜度质量小于0.7，可以不进行此操作。

右击Create Surface Mesh，在Insert Next Task的选项中选择Improve Surface Mesh，添加提高网格质量任务（见图 12）。将Face Quality Limit的数值改为0.7，单击下方的Improve Surface Mesh完成提高面网格质量的任务，具体可见图 13。

步骤6：描述几何结构

在完成模型的面网格创建后，需要进行几何描述才能进行后续操作。单击Describe Geometry在下方的操作面板进行设置。在Geometry Type下方选择第一个The geometry consists of only fluid regions with no voids，下方的第二个选择Change all fluid-fluid boundary types from ‘wall’ to ‘internal’? 改为Yes，其他的保持默认。最后单击Describe Geometry完成描述，几何描述如图 14所示。

步骤7：更新边界和区域

保持Update Boundaries的设置为默认，点击下方的Update Boundaries进行边界更新，见图 15。

保持更新区域内的设置不变，点击下方的Update Regions完成区域更新，区域更新设置可见图 16。更改流体区域名称的方法：双击需要更改流体区域名称，重新输入流体名称。

步骤8：创建边界层和体网格

将Would you like to add boundary layers的no变为yes，从而进行添加边界层操作。参考图 17，将Number of Layers的数值改为10，其余设置保持不变，单击下方Add Boundary Layers完成边界层设置。

完成边界层设置后，进行体网格设置。在Fill With右侧的下拉菜单中选择poly-hexcore，其余设置保持不变，单击下方的Generate the Volume Mesh完成体网格创建，设置见图 18。网格生成完成后的体网格见图 19。

步骤9：检查网格质量和保存网格

在体网格完成后，体网格质量会自动显示在控制面版窗口，也可以通过功能区的Mesh->Quality进行查看。最后，选择菜单栏下的 File->Write->Mesh… 保存网格。

案例小结：本文在Fluent Meshing中通过水密工作流对航空飞机进行网格划分。在描述几何时，需要将流体与流体的边界从壁面调成内部，这是因为飞机与近处空气、近空气与其他空气存在共享拓扑边界，因此需要将流体与流体的边界设置为内部边界。

二、Fluent Meshing网格划分公开课

众所周知，Fluent Meshing 软件在科研创新仿真中具有极高价值，它能够高效处理复杂几何模型，生成高质量网格，为精确仿真提供基础，可显著节省时间和成本，提升科研效率与准确性，在航空航天领域可用于飞行器流场及发动机内部流场模拟、汽车工程领域能进行汽车外流场与发动机冷却系统仿真、能源动力领域可实现风力发电机流场分析和换热器性能研究、生物医学领域能开展血液流动及生物反应器内流体模拟，还可应用于电子工程领域的电子设备散热和芯片内流体冷却模拟等众多场景，为各领域的科研创新提供了强大的技术支持。