Perasim高级CFD网格划分案例： 工程师如何在仿真前处理阶段提高仿真效率？

在流体计算前处理的应用过程中，时常会遇到质量不高的CAD数据，这些CAD数据通常是由多个相交或者相接的部件构成。

复杂的几何体从第三方格式文件导入，通常会出现一些几何问题，如出现孔洞、间隙、毛刺边、重复面、不同部件相邻表面不匹配等情况。另一方面因为几何过于复杂精细，具备了许多特征细节，若将这些细节准确的描述出来，将需要庞大的网格数据，并且这些细节对所关注的流动状态影响甚微，这时仿真工程师需要一种网格工具能够快速帮助修复与简化这些问题。

Perasim针对于这一类的前处理问题，采用了Shrink Wrap包面技术，可以在复杂或者失真的几何上提供简洁、方便的网格划分方法。本文以整车外流场的网格划分为例，介绍采用Perasim包面网格技术进行网格划分的过程。

Perasim前处理接口可支持导入多种常用的CAD文件格式，本例中导入stl格式文件。

几何导入

导入后进入软件界面，可以查看到左侧几何结构树状栏中包含了多个组件的结构零件，在前期选择时，软件自动将stl文件中的每个solid都生成了组，这一特征也体现在视图窗口中不同的组件用不同的颜色进行了区别。

软件界面显示

查看交互视图窗口可以发现，导入的几何在1e-6的容差控制范围内，同时存在single edge，double edge以及multiple edge，这说明当前几何各个组件之间并不是完全封闭的状态。对于这些问题一种方法是可以采用几何修补的方法实现各组件之间关联的修复，另一种方式便是采用软件的包面技术，快速的对外表面进行包面网格处理。

要对外流场进行分析，需要创建计算流场的区域，Persim具有球体、半球体、圆柱体、长方体等多种区域创建功能，提供快速创建指定形状及大小的区域，本例中采用长方体定义外流场边界。

外流场区域创建

同时，可对创建区域的边界进行分类、重组命名等操作：

外部边界分类重命名

在创建了外部区域之后，可选择所有构成流场边界的几何特征进行流体域的创建。若边界能够完成封闭的描述，Perasim则自动生成体特征；若边界中存在较大漏洞，软件则会提示边界不封闭，这时可以根据修复工具进行漏洞查找及修复。

创建体操作

在建立了封闭区域之后，便可进入到网格划分阶段，通常来说会在包面之前进行网格布置及尺寸大小的设定，Perasim提供了全局网格、局部网格、密度盒三类网格尺寸设定方式。

3.1全局网格设置

全局网格设置

设置完全局网格尺寸，可进入到包面网格的相关设置区域中，可以根据几何特征，设置封闭间隙的容差，以期Perasim能够直接用网格自动填充满设定值以下的空隙。同时也可控制填充区域网格面的分割数目以及包面网格尺寸等等。

包面网格设置

此外，对于流动仿真来说，边界层网格的设置也是流体网格生成必不可少的环节，Perasim提供了边界层网格的设定，可以根据第一层边界层高度、边界层法向增长率及层数来控制边界层网格的生成。同时，Perasim也提供了消减边界层以及压缩边界层两种模式来处理狭窄区域边界层相交的问题。

边界层设置

3.2局部网格设置

Perasim还提供了局部网格设置功能，可以在全局网格基础上对局部部件做进一步设定，设定内容包含尺寸、曲率、边界层等一系列参数的设定。

局部网格设置

在面板中通过多选，可统一设定选择部分的参数值；另外Perasim还提供了一种表格模式，可以在列表栏中选择不同部件的设置参数，同样可以达到针对不同组件的局部网格设置，同时也方便管理和查看参数设置情况。

局部网格参数设置表单

3.3局部区域加密设置

Perasim软件在划分网格时还提供了密度盒加密网格设置，用户可根据自己的需求选择不同形状及位置区域来对局部空间进行网格加密处理，本例中选择box形状对车身尾部区域进行加密。

局部区域网格加密

3.4泄漏检查

在进行最后一步包面网格划分之前，可以通过泄露检查确定包面的可实施性。在Perasim中可在内外部各自创建源点和目标点，来确认计算区域是否水密封闭。

3.5包面网格生成

前期设置完成后即可进行包面网格划分：

包面之后表面网格

Perasim中提供了包面的网格表面和原始几何表面形状差异的对比数据，可以通过距离的测量来评判包面网格与原始几何形状之间的贴体差异。

网格与几何贴体探测

3.6网格重构

在完成初步包面之后，部分区域的网格质量会存在一定的问题，此时可以通过Perasim中的网格重构功能Remesh进一步提升面网格的质量，此步操作也是为了确保能生成质量更佳的体网格而做准备。

Wrap后表面网格

Remesh后表面网格

3.7网格编辑

如若在自动网格重构之后还未达到理想的面网格质量，还可以通过Perasim的一系列网格编辑功能实现自定义网格优化操作。如本例中，外后视镜部分区域在网格重构之后仍然存在网格质量较差的区域。

面网格扭曲度较大的区域

在手动选择部分区域之后，通过网格编辑功能中的光顺操作，可改善对应区域的网格质量。

网格区域选择

光顺后的网格

完成面网格的质量提升后，便可进行体网格的生成，Perasim网格功能目前支持四面体、棱柱体、棱锥体及多面体网格，用户可在操作时选择四面体填充或者多面体网格生成不同类型的体网格。

边界层网格

Perasim流体网格模块具备了多种网格质量检测标准，包括体积、长宽比、正交质量、扭曲度等一系列评价指标，可以根据网格质量检查来评判该套是否能够满足求解器的计算要求。

网格质量评判

本案例通过对汽车外流场模型进行网格划分来展示Perasim流体包面网格生成过程，Perasim具有对复杂系统的流体网格生成能力，通过自动包面、自动/手动重构等手段轻松实现高质量的网格划分，帮助工程师在仿真前处理阶段缩短时间，提高仿真效率。