翻越仿真初学者几何建模、网格划分和求解路上的“三座大山”

作者 | Graychen 仿真秀专栏作者

本文来自仿真秀平台优秀讲师Graychen原创撰稿，主要就Graychen老师在学习和分享流体仿真过程中常遇到的问题进行经验总结（主要是其视频教程订阅用户学习过程中遇到的问题），它包含几何前处理软件SCDM、网格划分软件Fluent Meshing和求解软件Fluent这三个软件的相关问题。

此篇是经验分享系列文章的第2篇，第1篇为《ICEM使用经验与网格划分错误分析》已经在仿真秀App和官网同步发布，深受用户喜爱。后续会根据问题的收集进度，持续分享。诚邀大家在仿真秀官网和APP提问，也欢迎订阅用户加入我（Graychen）的答疑专栏公开或私信提问。

二、SCDM建模设计

1、共享拓扑后，重叠的两个面会合并成一个面吗？

解答：重合的面依旧是2个面，在SCDM中创建组的时候，依旧要分别选择2个面并创建。网格划分好导入到FLUENT里面后会自动形成2组wall和wall shadow，默认的类型是wall，这个时候将其改成interior，则wall和wall shadow会合并，其中一个面被删除。

2、如何在SCDM软件中创建计算域？

解答：在SCDM里面可以利用壳命令进行计算域的创建，但是需要注意的是，创建完毕后，一定要删除原始的几何模型，不然会出错。这是初学者最容易犯的错。

3、在小于2019R2版本的SCDM软件中，选中已经创建的组后右击隐藏时，会将整个模型都隐藏掉，如何解决？

解答：升级软件版本到2019R2或以上。

三、Fluent Meshing网格划分

1、用MRF不共节点网格计算旋转部件流场时，设置好interface后，出现了XX-non-overlapping和XX-XX-non-overlapping这两个面，而且自动设置为WALL，用display又显示不出任何面。这是什么原因？

解答：正常现象，一般不影响我们继续操作。Interface 面是一种数据传递的边界条件。当interface两边的网格无法完全重合的时候，会利用部分wall边界来处理，原理图如下。当旋转机械仿真时，交界面是曲面，由于曲面离散化的情况，所以一般无法保持一致，因此几乎都会出现这种情况。

2、如何在FM中将两个组合并为一个组。

解答：在结构树mesh objects下的网格对象中右击label标签后merge合并标签，并不会将两个label对象合并为一个。只有在boundary-manage里面采用merge命令，才会将两个面合并为一个面。

3、在FM里面划分的网格，质量检查最大扭曲比为0.898。导入到fluent里面，网格质量的最小正交比是0.01275，他们俩相加不是应该接近1吗？

解答：绝大多数是约等于1，但是也有差别比较大的。建议按照OQ进行权衡。如果不确定网格质量，在FM中利用mesh-check quality可以查看正交比。在auto node move对话框中，在quality measure中选择inverse orthogonal quality，可以按照正交比进行网格质量提升。

4、采用尺寸函数的方式导入几何时，出现了部分几何网格没有划分成功的情况，并且在mesh objects中增加了fail标签。

解答：遇到这个情况有两种办法：

• 第一、在sizing scoped对话框中，更改网格尺寸（一般是调小），重新创建尺寸函数，然后再次导入几何。

• 第二、如果上述方法无效，可以对failed标签的几何进行remesh，然后再将其与原本所属的组的网格合并，最后再对网格进行修复和质量改善。

5、导入几何文件并设置尺寸函数，然后在进行remesh操作命令时，网格出现如下缺损的情况，如何解决？

 解答：遇到这个情况有两种办法：

• 第一、先不管，先保存网格尺寸函数文件，然后利用尺寸函数方法重新导入几何看网格是否好转。如果好转，就OK。

• 第二、如果网格没有好转，那么在sizing scoped中重新定义网格尺寸函数，将网格尺寸调小，然后再次导入几何。

四、Fluent求解计算

1、迭代几百步，监测曲线趋向收敛时却突然发散，并提示"turbulent viscosity is limited to…"，如下图。 

解答：大概率是网格质量不行导致的，重新划分网格。

2、计算迭代时，前面600步计算已经收敛的很好了，但是监测曲线却突然出现了一个异常跳动。

解答：对于飞机的外气动计算，需要根据其他状态的数据点进行综合判断，如果合理就可以使用跳动前的数据。如果明显偏差较大，则需要重新划分网格进行计算。

3、传热仿真时，在哪个面上设置无厚度壁面？

解答：在wall面和shadow面上设置无厚度面都是可以的。因为不管设置哪个面，fluent软件会自动把两个面的参数调成一样，设置wall面，shadow面就自动设置成wall的参数，反之也是。根据实际算例计算，在wall和shadow面上分别设置相同的无厚度面，温度曲线是一致的。

4、在航空外流场气动仿真时，fluent的监测曲线呈现锯齿形，在某一数值附近波动，总是收敛地不好，如何解决？

解答：可以尝试按照以下办法进行解决：

• 第一步：尝试修改求解参数，比如P-V耦合算法或者调节松弛因子，将粘性或者动量调低；
• 第二步：尝试改变边界层生成的规则，或者对网格进行局部加密，改善网格质量；

• 第三步：如果常规的网格改善方法无法解决，则想办法找到网格质量差的地方，并对该处的几何模型进行微调，以改善边界层网格质量。

5、压力远场有哪些使用限制？

• 流动必须是可压缩流动。如果是低速不可压流动，会出现报错的情况。
• 计算域尺寸要取足够大，一般是几何特征长度15-20倍。

以上遇到的这些问题和解决办法都是基于笔者对软件的理解和操作经验摸索出来的，水平有限，不当之处请大家多批评指正。 

以下视频教程是Graychen老师在仿真秀独家推出的旋翼类飞行器仿真系列课程，欢迎大家学习和交流。