fluent网格质量检查.doc

网格划分策略与网格质量检查
判断网格质量的方面有：      
Area单元面积，适用于2D单元，较为基本的单元质量特征。
Aspect Ratio长宽比，不同的网格单元有不同的计算方法，等于1是最好的单元，如正三角形，正四边形，正四面体，正六面体等；一般情况下不要超过5：1.
Diagonal Ratio对角线之比，仅适用于四边形和六面体单元，默认是大于或等于1的，该值越高，说明单元越不规则，最好等于1，也就是正四边形或正六面体。  
Edge Ratio长边与最短边长度之比，大于或等于1，最好等于1，解释同上。
EquiAngle Skew通过单元夹角计算的歪斜度，在0到1之间，0为质量最好，1为质量最差。最好是要控制在0到0.4之间。
EquiSize Skew通过单元大小计算的歪斜度，在0到1之间，0为质量最好，1为质量最差。2D质量好的单元该值最好在0.1以内，3D单元在0.4以内。
MidAngle Skew通过单元边中点连线夹角计算的歪斜度，仅适用于四边形和六面体单元，在0到1之间，0为质量最好，1为质量最差。
Size Change相邻单元大小之比，仅适用于3D单元，最好控制在2以内。
Stretch伸展度。通过单元的对角线长度与边长计算出来的，仅适用于四边形和六面体单元，在0到1之间，0为质量最好，1为质量最差。
Taper锥度。仅适用于四边形和六面体单元，在0到1之间，0为质量最好，1为质量最差。
Volume单元体积，仅适用于3D单元，划分网格时应避免出现负体积。
Warpage翘曲。仅适用于四边形和六面体单元，在0到1之间，0为质量最好，1为质量最差。
以上只是针对Gambit帮助文件的简单归纳，不同的软件有不同的评价单元质量的指标，使用时最好仔细阅读帮助文件。
另外，在Fluent中的窗口键入：grid quality 然后回车，Fluent能检查网格的质量，主要有以下三个指标：
1.Maxium cell squish: 如果该值等于1，表示得到了很坏的单元；
2.Maxium cell skewness: 该值在0到1之间，0表示最好，1表示最坏；
3.Maxium 'aspect-ratio': 1表示最好。
 关于网格划分在数值仿真中的重要性，在此就不多说了，相信做这个的版友都了解。下面我就说说GAMBIT学习和使用的一点感受吧。欢迎批评指正和补充，谢谢！
首先，在网格划分之前，你最好从数值仿真的全局出发，比如精度要求，计算时间要求，机子配置等等，思考一下是使用结构网格，还是非结构网格，抑或是混合网格；因为这关系到接下来的网格划分布置和划分策略。然后，在确定了网格类型之后，就是根据模型情况，构思一下网格拓扑，就是自己要明确最终想得到什么样的网格，比如翼型网格，是C型，还是O型；一个圆面是想得到“内方外圆”的铜钱币类型的网格，还是一般的网格，等等。这一步有时可能不太清楚，自己有时都不知道什么样的网格拓扑是合适的，那就需要平时多看看这方面的帖子，收集一些划分比较好的网格图片，体会体会。确定了网格拓扑之后，对模型进行划分网格前的准备，比如分割啊，对尺度小对计算结果影响不大的次要几何进行简化，等等。
接着，划分网格。划分网格都是从线网格，面网格，到体网格的；线网格的划分，也就是网格节点的布置，对网格的质量影响比较大，比如歪斜，长宽比，等等，节点密度在GAMBIT中可以通过很多的方法进行控制调整，大家可以看相关的资料。面网格的划分，非结构的网格咱就不说了，结构网格可能有时比较麻烦，这就要求大家最好对那几种网格策略比较了解，比如Quad-Map划分方法所适用的模型形状，在划分的时候对顶点类型及网格节点数的要求（Quad-Map，适用于边数大于或等于4的面，顶点要求为4个End类型，其他为Side类型，对应边的网格节点数必须相等），以此类推，其他的划分方法也有这方面的要求以及适合的形状。当出现了不能划分的时候，可以根据GAMBIT给的提示进行修改顶点类型或网格节点数来满足划分方法的要求。如果实在不能划分，则退而求其次，改用其他方法进行划分或者对面进行分割；等等。关于体网格的划分，与面网格划分所要注意的东西类似。另外，根据我个人的经验，如果模型比较简单规则，大家最好尽量使用结构网格，比较容易划分，计算结果也比较好，计算时间也相对较短；对于复杂的几何，在尽量少的损失精度的前提下，尽量使用分块混合网格。在使用分块混合网格时注意两点：1）近壁使用边界层网格，这对于近壁区的计算精度很有帮助，尽管使用足够多的非结构网格可以得到相同的结果（倘若在近壁区使用网格不当，那个湍流粘性比超过限定值的警告就可能出现）；2）分块网格在分块相邻的地方一定要注意网格的衔接要平滑，相邻网格的尺寸不能相差太大，尽量控制在1.2左右。否则在计算时容易出现不收敛或者高连续方程残差的问题。最后，一定要记得预览检查网格的质量。如果网格的质量不好，你就不要抱着侥幸的心理交给Fluent计算了，那肯定是算不好的。所以划分网格要有耐心，不断地调整，直到满足要求为止。原本我以为这一条大家都很在意，经过一段时间的论坛问题观察，其实不然，有很多版友随便划分个网格就急切地导入到Fluent中计算，出问题是理所当然的，但提出的很多问题，有时实在让人无能为力，帮不上忙。再说一遍，一定要检查网格质量，如果不满足要求，就不要导入到Fluent中计算了。一点小知识：
1. Fluent检查网格质量的方法，网格导入Fluent中之后，grid->check，可以看看网格大致情况，有无负体积，等等；在Fluent窗口输入，grid quality然后回车，Fluent会显示最主要的几个网格质量。在这里我谈一下，Fluent计算对网格质量的几个主要要求：
1）网格质量参数：
Skewness （不能高于0.95，最好在0.90以下；越小越好）
Change in Cell-Size （也是Growth Rate，最好在1.20以内，最高不能超过1.40）
Aspect Ratio （一般控制在5：1以内，边界层网格可以适当放宽）
Alignment with the Flow（就是估计一下网格线与流动方向是否一致，要求尽量一致，以减少假扩散）
2）网格质量对于计算收敛的影响：
高Skewness的单元对计算收敛影响很大，很多时候计算发散的原因就是网格中的仅仅几个高Skewness的单元。
  举个例子：共有112,000个单元，仅有7个单元的Skewness超过了0.95，在进行到73步迭代时计算就发散了！
高长宽比的单元使离散方程刚性增加，使迭代收敛减慢，甚至困难。也就是说，Aspect Ratio尽量控制在推荐值之内。
3）网格质量对精度的影响：
相邻网格单元尺寸变化较大，会大大降低计算精度，这也是为什么连续方程高残差的原因。
网格线与流动是否一致也会影响计算精度。
4）网格单元形状的影响：
非结构网格比结构网格的截断误差大，因此，为提高计算精度计，请大家尽量使用结构网格，对于复杂几何，在近壁这些对流动影响较大的地方尽量使用结构网格，在其他次要区域使用非结构网格。
2. 不要使用那些书上写的y+与yp的计算公式，那个公式一般只能提供数量级上的参考。推荐大家使用NASA的粘性网格间距计算器，设定你想要的y+值，它就能给你计算出第一层网格高度，与计算结果的y+很接近。
3. 关于边界层网格高度与长度的比例，有本CFD书上说，大概在1/sqrt(Re)就可以；另外，也有这种说法，在做粘性计算时，这个比值可以在100-1000之间，无粘有激波计算时，这个比值要相应小点儿，在10-100之间，因为要考虑激波捕捉精度问题。
4. Gambit中相关默认设置的修改，请参考本站帖子，Fluent经典文档White Papaers中的Gambit Defaults。
5.Size Function介绍：
以下我推荐的这些资料，我觉得都是非常好的，学习Gambit划分网格，有以下的这些资料应该就足够了。对于初学者，可以先好好看看Gambit中文帮助，以及线网格与面网格划分及Gambit的培训讲稿；对于对Gambit已经有一定了解的版友，可以看看Size Function和剩下的讲稿资料，对Gambit有一个全新的认识。另外，如果大家在划分网格时出了问题，请先看看Gambit的用户手册，学会自己解决问题；解决不了，再发帖提问。对于Gambit的一些琐碎的东西，建议大家好好看看Gambit Tips & Tricks这个讲稿，你把Tips和Tricks翻译一下，就会明白我的用意了。对于要进行复杂几何网格划分的版友，可以看看另一个讲稿Meshing Complex Geometry，应该会比较有帮助。