在外气动方面主要有两种体网格,一种是多面体,另一种是切割体;多面体网格具有较高的网格质量,平滑的网格增长比,能够适应任意几何拓扑;四面体网格并行效率高,占用内存少,能够与流动方向对齐。
多面体网格可以控制网格增长率,在远离体表面可以使用网格增长率,以减少网格数量;在网格建立过程中,可以使用3-4次优化循环,提高网格质量。建议多面体网格的体积增长率为1.05-1.1,最大网格单元尺寸为参考弦长。
在采用四面体网格进行外气动网格划分时,建议的体积增长率为Slow或者Very Slow,最大尺寸为参考弦长,棱柱层过度比为2-5。
边界层对外气动的影响非常关键,在边界层流动经常发生分离,垂直于边界层的法向存在很大的梯度,因此在建立边界层时,需要考虑壁面求解方法、总边界层厚度、边界层层数以及边界层与主流核心区的过渡等要素。
对于湍流边界层,使用y+来衡量:
近壁面的处理方法是与第一层网格的y+相对应的,对于壁面直接求解的处理方法要求低y+,即要求第一层网格深入粘性底层;对于采用壁面模型的处理方法要求高y+,即第一层网格在对数层。
低y+方法对于近壁面的速度是直接求解的而不是模化,要求近壁面距离y+≈1(避免y+>5),边界层层数建议大于25层。
高y+方法适合附着、中等压力梯度的流动,对存在分离的流动表现较差;要求近壁面距离 ,避免y+>200-300,建议采用8-14层边界层。
边界层生长比在1.2-1.3。
边界层需与核心网格平滑过渡,即最后一层边界层网格高度与第一个核心网格高度比在[2,5]。
对于边界层参数中,最小厚度百分比可减少至1%,以阻止不期望的网格坍塌,但也不能设置得太小,有些网格坍塌能阻止质量不好的网格产生。
边界层减小百分比可在1%-10%之间,一些边界层网格的移除可以提高网格质量。
网格建立好后对网格质量进行检查,扭曲度大于75度的网格质量较差。
以CRM机翼为例演示网格的划分过程。CRM机翼参数,Ma=0.85,Re=5M,Lc=7.00m,网格基本尺寸7cm,基本曲率36,面的增长率1.2,目标尺寸150%,最小尺寸25%,体积增长率1.05,最大网格尺寸32000%,对于机翼表面设置自定义网格控制,曲率为60,面的增长比为1.15,目标尺寸80%,最小尺寸4%,对于尾缘设置4%的目标尺寸,4%的最小尺寸。
要求近壁面y+=1,即:
对于前缘,由于更高的摩擦系数,要求第一层网格更小,一般将上述结果除以2。