第23章网格自适应.doc

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1、第二十三章 网格自适应fluent中自适应网格完善特征允许我们根据数据计算结果来修改网格梳密布置或网格走向。另外，fluent还提供了创建和查看特定应用的自适应方法。下面各部分详细描述了自适应的过程。23.1，自适应的使用23.2，自适应过程23.3，边界自适应23.4，倾斜度自适应23.5，等值线的自适应23.6，区域自适应23.7，体积自适应23.8， 和的自适应23.9，管理自适应注册23.10，自适应控制23.11，用修匀和交换方法来改善网格23.1 自适应的使用 在fluent中非结构化网格特征的两个重要优点是： 跟结构化网格相比减少创建时间 不会带来因插入新的网格点而使其他单元品质

2、变坏用自适应法完善网格，在网格中如果你需要可以增加网格单元，这样使你更精确地计算流场的特性。当你正确地用了网格自适应方法，那得到的网格对流体计算是最优的，因为这方法能确定哪里加入了有更多网格单元。换句话也就是说，充分地利用了计算的资源由于在结构化网格法中典型出现的不必要的网格单元。而且，在没有完整生成网格条件下，网格完善在计算上的效果就可以实现了。23.1.1 网格自适应例子 一个很有用的如何网格自适应例子是用来计算通过一个二维涡轮可压缩湍流。图23.1.1描述了环绕叶片的很精细的初始网格。它表面的节点分布能给叶片几何足够的精度，并且不需要进一步地自适应就能正确地计算湍流边界层。在另外一面，在

3、进口和出口的网格和周期性边界层是相对粗糙了。为了确保在叶片通道的流体能合适的计算，我们采用自适应法来完善网格。图23.1.2为自适应后的网格。 尽管这自适应法的过程可根据被计算的流体而变动，但在这里拿一个涡轮喷流的自适应网格的过程来作为一个例子来介绍自适应的过程。注意，尽管这个例子是针对可压缩流体的，但是这一般的步骤同样适用于不可压缩流体。1、 显示等压线的自适应函数来决定一个适当的精度界限值。（参考23.4部分）2、 确定什么样的网格是“优化”的网格，从而确定相应的误差指针。3、 用马赫数作为精度标准，重复步骤1和2， 为完善弱区域网格，可用等总压值作为标准。（参考23.5部分） 由于总压损

4、失高的的区域就出现在边界层和弱区，所以这样就可对边界层和弱区域做好标记。 图23.1.1 涡轮喷流自适应前的网格 图23.1.2 涡轮喷流自适应后的网格4、 用自适应注册管理（Manage Adaption Registers）面板来合并三个网格改善注册为一个注册。（参考23.9部分）5、 为防止已经调整到足够优的边界层网格的数量的增加，我们要限制最小网格单元体积。6、 改善网格单元，包括自适应注册产生的网格。（参考23.9部分）7、 在Smooth/Swap Grid面板上，执行连续的修匀和交换的迭代运算。 如图23.1.2所示，在叶片通道中和叶片主边的前端的网格看来，倾斜度上网格改善效果是

5、明显的。通过用等总压值的自适应方法，使得弱区的网格更优。23.1.2 自适应准则在23.1.1部分的涡轮喷流例子中被恰当采用的自适应法完善网格优越性是很大，但是同时我们也要力图避免某些缺陷。下面列出了一些正确采用自适应完善网格的一些准则：1、 表面网格必须足够的好来为表征一些重要的几何特征。例如，在明显弯曲的机翼表面，如果布置的节点数太少，这样计算效果就会不好。显然，表面总会包含一些含有初始网格的小面，尽管你通过网格的完善增加一些节点。2、 初始网格应该有足够多的网格单元来捕获流场的关键特征。比如，假设你是想预测在超音速流中围绕一个扁平体的冲击流场的情况。除了有足够的表面计算来反映扁平体的形状

6、特征，初始网格应该有足够多的为了能得到第一次合理的结果。随后的倾斜度自适应可以更好地反映着冲击流并且建立一个独立网格的结果。3、 在进行网格自适应前应该是一个合理收敛的结果。如果你是对一个不正确的计算，那么自适应增加的网格就会加在错误的区域。但是你必须小心判断自适应前怎么样才是好的收敛的计算结果，因为这是一个在迭代未收敛前进行过早的网格自适应和迭代结果没什么变化时还继续迭代造成的时间浪费两者之间的权衡比较问题。4、 在进行倾斜度自适应时，你必须选择恰当的变量。对于某些流体，这选择是很明确的。比如，对于在冲击流区域的网格完善时选择压力梯度是一个良好的标准。但是，对于大多数不可压缩流体，压力梯度就

7、不重要了。对不可压缩流体的一个更合适的参数可能是平均速度梯度。如果流体重要特征是湍流剪切流，那么在解决湍动能梯度和湍能扩散问题它就显得重要了。因此这些就可以是恰当的完善网格变量。对于反应流，反应物质的温度和浓度（摩尔分量或这里分量）可以是完善网格的合适变量。5、 差的自适应操作可能会产生不利的效果。其中最常见的一个错误就是在某个特定的计算区域进行过分完善，这样会造成网格单元体积的太大梯度。这对计算正确性会产生不利的影响。23.2 网格自适应过程 网格自适应过程可以分为两个重要部分。首先，根据在几何和计算数据基础上建立的自适应函数来确定什么样的网格是优什么网格是劣。接着，对网格进行改造以达到“优

8、化”网格的要求。这种调整网格方法的主要的优点是可以建立成熟的自适应函数并且可以在没有改变已存在网格的条件下来实现多种自适应函数。！在进行自适应过程前，建议你先建立case文件和data文件。这样，如果你产生不理想的网格，你还可以用保存了的文件来重新开始这过程。 在fluent中有两种类型的自适应方法：“conformal”和“hanging node”自适应。默认的方法为hanging node方法，见23.2.2部分。在三角形和四面体网格时候可用conformal 方法，见23.2.3部分。23.2.1 网格自适应和选择寄存器（Adaption and Mask Registers） 调用M

9、ark命令可以建立网格自适应寄存器。之所以称为寄存器是因为它跟在计算器中路径存储寄存器的方式一样。例如，一个自适应寄存器存有一个操作，另一个寄存器中存有第二次操作，并且这些寄存器可以产生第三个寄存器。一个自适应寄存器是基本上是在这领域中每个网格单元的标识符的列表。这些标识符表明一个网格单元是区域中间区域（就是没有标记的），太精细的标记或者是太粗糙的标记。这自适应函数就是用来设定正确的标记符。例如，为了在压力梯度基础上细化单元格，这求解器就会计算每个单元的倾斜度自适应函数。单元的计算值跟细和粗的域值进行对比，并分配合适的标记符，比如下面的例子： 网格单元值粗域值：标记粗化 粗域值网格单元值细域值

10、：标记为细化 这GUI 和文本界面命令产生自适应寄存器来指派网格单元的粗化或细化标记。这些寄存器可以被转化成选择寄存器。选择寄存器不象自适应寄存器，它主要分为两个选择状态：激活和不激活。当自适应寄存器转化为选择寄存器时，标记为细化的网格单元变成激活，而没标记或标记为粗化的网格就变成不激活。你可以用这选择寄存器来把一些网格的自适应限制在某个特定的区域。下面就介绍了这一过程。 图23.2.1 显示了代表自适应寄存器的网格云图（阴影单元是标记了的网格单元）。图23.2.2说明了选择寄存器中的激活网格单元。如果在自适应寄存器中应用（或结合）mask，则形成了带标识符网格单元的新的自适应寄存器，如图23

11、.2.3所示。（注意这个例子不是区分细化标识和粗化标识，因为这里mask是用于两种标识的），关于联合寄存器的更多的信息可参考23.9部分） 图23.2.1 带代表标识了的网格单元的阴影网格单元的自适应寄存器 图23.2.2 带代表激活单元的阴影网格单元的选择寄存器 图23.2.3 从mask的应用建立的新的自适应寄存器 总之，用几何数据，流场的物理特性及这信息的综合来创建自适应寄存器。一旦建立了，自适应寄存器可以被列表，显示，删除，合并，交换，转变，及转化为选择寄存器。23.2.2 Hanging Node 自适应 用hanging node自适应方法产生网格 hanging node是指边和

12、面上的但又不是所有网格共享的边或面上的点的节点，如图23.2.4所示。hanging node 网格自适应方法提供了在带许多不同单元形状的网格上用操作的能力。然而，尽管hanging node方法提供了重要的网格灵活性，但它确实要求额外的存储空间来维持网格自适应操作需要的网格分层。 图23.2.4 一个Hanging node 节点的例子Hanging node（悬空节点）的细化 通过各向同性细分每个标识符为细化的网格，图23.2.5与23.2.6介绍了下列被支持的网格的细化。1） 一个三角形网格分成4个三角形网格2） 一个四边形网格分成4个四边形网格3） 一个四面体网格分成8个四面体网格。这

13、细化包括修剪四面体的每个角，然后引入最短对角线来细化封闭的八面体。4） 一个六面体分成8个六面体5） 一个楔形体（菱柱）分成8个楔形6） 一个锥体分成6个锥体与4个六面体 为确保正确性，相邻网格没法区别多于一个级别的细化。这样可防止自适应产生过多的网格体积变化（减少截断误差）并且可确保“parent”(原来的)和“child”（细化后的）网格的质心位置相似（减少通量赋值误差）。 三角形 四边形 图23.2.5 二维Hanging Node 自适应网格单元类型 Hanging Node 粗化 通过再次引入不激活父级单元来粗化网格，也就是说，粗化子集单元可以回收以前细化的父级网格单元。如果它所有的

14、子网格被标记为粗化，则一个非激活父级单元被回复。你重复应用hanging node 粗化网格最终可收回初始网格。你无法再进一步用hanging node自适应方法来粗化初始网格。但是conformal 粗化网格允许你去掉初始网格点以便减少网格密度。 四面体 六面体 楔形/ 菱柱 锥体 图23.2.6 三维Hanging Node 网格类型23.2.3 conformal 自适应细化网格自适应过程没有创造悬空（hanging）节点。相反，所有网格有共同的包括再这些实体上所有节点边或面。这conformal细化过程在边上增加节点并且conformal粗化网格去掉节点并且再次对生成的空腔三角形化。Conformal 细化 为了细化网格，可以边界或内部面（包括周期性边界面）分成几部分。图23.2.7显示了记为A三角形被分割细化。它是通过对三角形或四面体的边长二等分来细化网格的。这技术有两个好处：这过程是保守的并且它不要求插值要得到新网格计算向量。对倾斜网格的重复细化没有连续增加网格偏斜度。