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1、A-1附录附录 A网格质量网格质量Appendix A: Mesh QualityA-2Training Manual概述概述网格质量度量Skewness可接受比最差单元FLUENT 求解器的网格质量考虑一般考虑求解中网格质量的影响CFX 求解器的网格质量考虑网格质量影响因子CAD 问题网格分解和分布划分方法膨胀改进网格质量策略CAD 清除虚拟拓扑收缩控制理性网格尺寸和膨胀设置一般推荐作业 A.1 汽车集流管的虚拟拓扑作业 A.2 FLUENT 和CFX 网格质量度量Appendix A: Mesh QualityA-3Training ManualANSYS 网格划分的网格度量网格划分的网格
2、度量Mesh选项中可得到Mesh Metric，可对其进行设置和查看来评估网格质量 不同物理环境和不同求解器对网格质量有不同的要求 ANSYS 网格划分中可得到的网格度量有:单元质量纵横比雅可比扭曲因子平行误差最大拐角偏斜Appendix A: Mesh QualityA-4Training Manual偏斜偏斜两种方法定义偏斜:1.基于等边形的体的误差:偏斜 =只用于三角形和四面体三角形和四面体的默认方法2.基于规一化的角误差:偏斜 = 其中 是等角的面 /单元 (对三角形和四面体为60, 对四边形和六面体为90)适用于所有的面和单元形状使用于棱柱和棱锥最优 (等边的) 单元实际单元球网格质
3、量度量网格质量度量0 1完美的 最坏的 Appendix A: Mesh QualityA-5Training Manual纵横比 = 1 高纵横比四边形纵横比 = 1 高纵横比三角形网格质量度量网格质量度量纵横比纵横比一般三角形和四边形的形貌是最长比与最短边比的函数(详细见 User Guide)对等边三角形或正方形等于1 (理想的) Appendix A: Mesh QualityA-6Training ManualANSYS 网格质量统计网格质量统计对表面网格(在预览表面网格生成后)和体网格 (在预览膨胀层或网格生成后) 已选择的网格度量，将显示 min, max, averaged和s
4、tandard deviation 在树状略图的Mesh对象下，使用Show Worst Elements 可突出显示最坏单元Appendix A: Mesh QualityA-7Training ManualFLUENT网格质量考虑事项网格质量考虑事项FLUENT 需要高质量的网格来避免数值发散涉及几个网格质量度量, 但skewness 是主要的度量纵横比和胞格尺寸也很重要最坏情况并取决使用的求解器(基于密度或基于压力)， FLUENT 可容忍差的网格质量，而一些程序可能需要更高的网格质量，分辨和好的网格分布差质量单元的位置有助于确定它们的影响Statistics 中将得到一些总体的网格质量
5、度量其它网格质量度量FLUENT用户图形界面菜单中 Mesh/Info/Quality下得到, 或使用 TUI命令mesh/qualityAppendix A: Mesh QualityA-8Training ManualFLUENT网格质量要求网格质量要求对Fluent最重要的网格质量度量是:SkewnessAspect RatioCell Size Change (ANSYS 网格不能执行)对所有或大多数程序:Skewness:对六面体, 三角形和四边形: 应小于 0.8对四面体: 应小于 0.9Aspect Ratio:应小于 40, 但取决于流体特性膨胀层可容忍大于 50 Cell S
6、ize Change:应在1与2之间 差网格质量可能导致不精差网格质量可能导致不精确求解和缓慢收敛确求解和缓慢收敛 一些程序可能要求比建议一些程序可能要求比建议值更低的偏斜值值更低的偏斜值 Appendix A: Mesh QualityA-9Training ManualSkewness 和和 Fluent 求解器求解器不推荐高 skewness 值一般保持体网格最大 skewness 值 1/3 想要的正交角 = 90-acos(ns), 20 想要的这不同于CFD后处理中Max/Min面角? YES!对应于边之间角的面角如果一单元在两个方向偏斜，可有一个可接受面角和一不可接受正交角 CF
7、X网格正交性网格正交性Appendix A: Mesh QualityA-14Training ManualCFX网格扩展因子网格扩展因子扩展因子度量相对控制体质心的差节点位置网格扩展因子 节点周围的最大单元体积和最小单元体积的比 20 是想要的在CFD后处理中，网格扩展因子本质上和单元体积比是同样的Appendix A: Mesh QualityA-15Training ManualCFX网格纵横比网格纵横比纵横比度量控制体的伸长纵横比 = 节点周围每个单元最大和最小ip-areas的比的最大值 , 0.98)退化单元 (偏斜 1)高纵横比单元负体积单元质量改进:改进表面网格质量移动网格节点
8、CAD 修整几何问题如尖角, 小边, 合并面和/或分解几何DM 中Clean-up工具简化几何和它们的实体 ANSYS Meshing程序中不同方法，全局和局部尺寸和参数ANSYS Meshing 程序中收缩控制消除小特征 ANSYS Meshing 程序中虚拟拓扑以简化几何改进网格质量策略改进网格质量策略Appendix A: Mesh QualityA-27Training Manual混杂的混杂的如果模型包含多个部件或体，需在Outline 中Geometry对象下加亮它们来显示网格度量信息影响体 (BOI)技术也可用来控制网格质量和适当局部分解包括直方图的更多高级网格度量可通过FEM中
9、FE Modeler Mesh Metrics展示 也可在CFD 后处理中查看不同网格质量度量A-28汽车集流管的虚拟拓扑汽车集流管的虚拟拓扑作业作业 A.1Appendix A: Mesh QualityA-29Training Manual目标目标这个作业使用作业 5.2的集流管几何. 这个几何包含很多有问题的小面和尖角。作业 5.2中, Patch Independent 方法被用来生成了一个高质量网格，而不用修改几何。这个作业中将使用虚拟拓扑移除问题几何，然后使用默认的Patch Conforming 网格划分方法。Appendix A: Mesh QualityA-30Trainin
10、g Manual开始项目开始项目1.启动ANSYS 12.0 Workbench2.点击左边工具箱中 Component Systems 3.双击 Mesh 选项将其添加到项目示图区4.在 Project Schematic中右击 Geometry 并选择 Import Geometry Browse. 选择 Auto-Manifold.agdb文件Appendix A: Mesh QualityA-31Training Manual命名选项命名选项5.接下来, 确定Named Selections 被引入 Meshing:6.右击 cell A2 然后选择 Properties7.确保Nam
11、ed Selections 是选中的, 并且 Named Selection Key 是空白的8.关闭 Properties 窗口Appendix A: Mesh QualityA-32Training Manual编辑网格编辑网格9.编辑网格 (cell A3)打开网格划分窗口10.抑制流体区域，对固体划分网格:选择工具栏的 Body selection图标选择内部流体区域, 以致其绿色加亮显示, 然后右击并选择 Suppress BodyAppendix A: Mesh QualityA-33Training Manual网格设置网格设置11.选择Outline中Mesh12.在 Deta
12、ils 中设置Physics Preference为CFD这里假设固体中热传递用CFD求解器求解13.展开 Sizing 选项，设置:Span Angle Center = MediumMin Size = 1.0 mmMax Face Size = 10.0 mmMax Tet Size = 10.0 mm14.右击Outline中Mesh 并选择 Preview Surface Mesh由于体是不可扫掠的, 将应用默认的 Patch Conforming方法Appendix A: Mesh QualityA-34Training Manual检查网格检查网格Patch Conforming
13、 方法划分每个单独表面 。在这个几何中将使某些面产生差的网格质量。 检查表面网格并注意差网格质量区域。通过在Geometry和Mesh 间切换，使差网格质量区域和下表面几何相联系。这里显示了几个例子:Appendix A: Mesh QualityA-35Training Manual添加虚拟拓扑添加虚拟拓扑虚拟拓扑允许合并相邻面，移除不想要的表面几何特征，并生成更高质量网格。15. 右击 Model (A3) 并选择 select Insert Virtual TopologyVirtual Topology项添加到了 Outline 中Details 中注意Behaviour 设为 Low
14、右击 Virtual Topology 并选择 Generate Virtual Cells15.自动使用 “Low” 合并策略创建虚拟单元。 “Medium” 和 “High” 策略可能导致更多面合并成虚拟单元 Appendix A: Mesh QualityA-36Training Manual虚拟拓扑虚拟拓扑当选择了Virtual Topology ，指示器会显示所有已创建的虚拟单元。检查新的表面几何，注意到大多问题面已被合并为一个 cleaner 表面几何17.Details 中将 Behaviour 改为Medium右击 Virtual Topology 并选择 Generate V
15、irtual Cells注意更多的面合并到虚拟单元18.尝试使用Behaviour的High选项生成虚拟单元如右边所示，这个选项不能作用于这个几何19.切换回 Medium 选项，重新生成虚拟单元Appendix A: Mesh QualityA-37Training Manual检查改进网格检查改进网格20.重新生成表面网格，并检查前面出现差质量网格的区域应该发现表面得到很大地改进21.仍然有些区域的网格需要改进. 下面箭头标示的是其中一个区域.如果放大并检查几何，会发现表面的边上有个缺陷Appendix A: Mesh QualityA-38Training Manual手动添加虚拟单元手
16、动添加虚拟单元22.可手动添加虚拟单元进一步改进网格 拾取工具栏的Face selection 图标视图方向大约如下所示 (注意 X-Y轴)从 Outline 中选择Virtual Topology 选择如下4个面, 然后右击并选择 Insert Virtual Cell1243Appendix A: Mesh QualityA-39Training Manual检查改进网格检查改进网格23.重新生成网格，再次检查前面出现差质量网格的区域。看到改进的表面网格如有必要继续添加 Virtual Cells在某些情况，自动添加可能会合并一些并不想合并的面。可选择Virtual Topology项下的
17、Virtual Face 并右击 delete来删除个别虚拟单元.24.右击 Mesh 并选择 Generate Mesh 生成最终固体网格Appendix A: Mesh QualityA-40Training Manual察看流体察看流体下一步是创建流体区域的网格25.在Outline中展开 Geometry Part section右击第一个固体并选择 Hide Body来隐藏固体区域右击被抑制的 (第二个)固体并选择 Unsuppress Body对第二个选择固体, 在 Details视窗展开 Graphical Properties section 并设置 Transparency
18、为1Appendix A: Mesh QualityA-41Training Manual添加膨胀添加膨胀26.从Outline选择Virtual Topology流体区域的虚拟单元早已建立27.检查自动虚拟单元看是否合理模型中应该没有小面残留28.下一步是对流体壁添加膨胀右击 Mesh 并选择 Insert Inflation在Geometry栏需选择对应流体区域的固体，然后点击Apply26.一旦已选择了固体，在Boundary栏点击 No Selection，出现 Apply / Cancel 按钮Appendix A: Mesh QualityA-42Training Manual创建
19、流体网格创建流体网格现在选择模型的非入口或出口的一个面从工具栏选择 Extend to Limitst :选择所有流体壁点击 Boundary栏的Apply 29.右击Mesh 并选择Generate Mesh生成最终网格Appendix A: Mesh QualityA-43Training Manual检查网格质量检查网格质量30.展开Statistics项并设置 Mesh Metric为Skewness. 注意最大偏斜在FLUENT求解器可接受范围内.31.如果生成了无虚拟拓扑的网格, 最大偏斜将相 当高。无虚拟单元Appendix A: Mesh QualityA-44Training
20、 Manual流体区域网格流体区域网格无虚拟拓扑虚拟拓扑A-45FLUENT 和和 CFX 网格质量度量网格质量度量 作业作业A.2Appendix A: Mesh QualityA-46Training Manual目标目标这个作业将示范如何应用ANSYS 网格划分程序对一内部流动场生成 in is CFD网格 几何表示的是航空航天气阀部分, 已分解为 3 个体目标是生成包含六面体，棱锥，棱柱和收缩控制四面体单元的共形混合CFD网格，并对 Fluent 和CFX求解器参数选择检查网格质量Appendix A: Mesh QualityA-47Training Manual创建网格划分系统创建
21、网格划分系统1.从开始菜单启动ANSYS Workbench2.点击左边工具箱的Component Systems 3.双击 Mesh 选项 Appendix A: Mesh QualityA-48Training Manual4.右击 (RMB) Geometry 按钮并选择 Import Geometry (一旦输入了几何文件，问号标记消失)5.从指南文件夹输入 Aero-Valve.agdb 文件6.双击项目示图区的 Mesh 按钮 ，启动网格划分程序输入几何输入几何Appendix A: Mesh QualityA-49Training Manual几何几何7.初始几何是一个固体部件，
22、流体区域在DesignModeler (DM)中被分离出。DM中执行的其他操作：定义气阀位置参数关闭出口端创建多体部件，并命名 “Fluid” ，材料为 “Fluid”重命名个别体 ， Named Selection 用来定义 Inlet 和Outlet7.尖角处倒圆角以改进网格质量Appendix A: Mesh QualityA-50Training Manual8.在网格划分选项面板，选择以下选项:Physics PreferenceCFDMesh MethodAutomatic完成选项后点击OK 单位设为 mm网格划分选项网格划分选项Appendix A: Mesh QualityA-
23、51Training Manual9.设置全局网格控制参数:点击 Mesh 来改变设置校正 DefaultsPhysics Preference CFDSolver PreferenceFluent 或 CFX最初使用Fluent is used initially, 但CFX设置的结果也会呈现设置 Sizing 参数设置Use Advanced Size FunctionOn: Curvature设置 Curvature Normal Angle 为15设置Min Size为0.20 mm保留其它默认设置全局网格参数全局网格参数Appendix A: Mesh QualityA-52Trai
24、ning Manual10.设置 Inflation参数点击 Use Automatic Tet Inflation 下拉列表并选择 Program Controlled, 保留其它默认值 Maximum Layers设为 4激活View Advanced Options11.设置 Pinch 控制 设置Pinch Tolerance = 0.15 mm激活 Generate on Refresh10.Mesh Metrics设为 Skewness ( 对Fluent)膨胀和收缩参数膨胀和收缩参数注意注意: Program Controlled Inflation 将对所有没指定Name Se
25、lection的边界添加膨胀. 不对Fluid-Fluid界面添加膨胀注意注意: Smooth Transition使在膨胀层和四面体网格间按定义的 Growth Rate过渡注意注意: Layer Compression对Fluent是默认的Collision Avoidance选项 而Stair Stepping 对 CFX默认注意注意: 当边长度或顶点间距离小于收缩容差的时候，软件将在划分中忽略边或去除额外的顶点注意注意: Pinch Tolerance 应小于尺寸功能最小尺寸 Appendix A: Mesh QualityA-53Training Manual13.建立收缩控制 :在
26、树状结构图中点击鼠标右键 (RMB (Tree)选择 Create Pinch Controls创建10个收缩控制 (展开 Mesh 按钮列出 pinch controls)收缩控制收缩控制Appendix A: Mesh QualityA-54Training Manual查看收缩控制查看收缩控制14.查看收缩控制 Ctrl 鼠标左键 选择 Pinch controls, 在视图窗口会加亮显示Appendix A: Mesh QualityA-55Training Manual15.对入口和出口体指定扫掠方法:扫掠方法扫掠方法选择Mesh 按钮选择体 (如下所示)Cursor Mode设为B
27、ody Selection左击 (选择)一可扫掠体 按住 Ctrl 键并选择第二个体插入方法插入方法在图形窗口点击鼠标右键 (RMB (Window)Insert - Method出现 “Automatic Method” 表格在Automatic Method 表格中从下拉菜单选择Sweep Appendix A: Mesh QualityA-56Training Manual16.设置扫掠方法控制Src/Trg Selection; 选择Manual Source点击 Source 选择栏将激活面拾取按住 Ctrl 键并拾取入口和出口面点击Apply额外设置设置Free Face Mesh
28、 Type; All Quad设置Sweep Num Divs; 20设置Sweep Bias Type; _ _ _ _ _设置Sweep Bias; 4扫掠方法设置扫掠方法设置InletOutletAppendix A: Mesh QualityA-57Training Manual17.扫掠体上的2D-膨胀:拾取面; Cursor Mode设为 Face Selection选择入口和出口面 (绿色的)RMB (窗口) Insert-Inflation拾取边Cursor Mode 设为Edge selection选择环绕入口和出口面的4条边 (红色标记的)点击Apply膨胀设置设置 Max
29、imum Thickness:3.0 mm保留所有其他选项扫掠膨胀扫掠膨胀Appendix A: Mesh QualityA-58Training Manual18.模型的表面网格划分:右击 Mesh 并选择 Preview Surface Mesh提供网格质量和密度的反馈Advanced Size Function在扫掠体中创建非常细化的网格, 可通过在入口和出口上定义边间隔来减小尺寸初始表面网格初始表面网格Appendix A: Mesh QualityA-59Training Manual边尺寸边尺寸19.扫掠体上边网格:插入 Edge Size ; 激活边拾取选择环绕入口和出口面的4条
30、边右击 Insert -Sizing设置参数改变TypeNumber of Divisions; 20改变 Behavior; HardAppendix A: Mesh QualityA-60Training Manual20.检查膨胀层: (任选的)右击 Mesh 并选择 Preview Inflation查看网格 Statistics, 网格尺寸和最大偏斜大约分别是 310000 和0.92准备好体网格划分预览膨胀预览膨胀.Appendix A: Mesh QualityA-61Training Manual21.划分模型:RMB (Tree) 选择 Generate Mesh再次检查 S
31、tatistics， 单元总数和最大偏斜将大约分别是 926000 和0.92Fluent 设置的体网格设置的体网格.Appendix A: Mesh QualityA-62Training Manual22.创建 Section Plane:点击右下角的Z-轴给模型定向 点击 Selection Plane 图标按下并按住鼠标左键沿显示的红色箭头方向移动然后释放Section Plane的位置可通过移动滑块来调整点击 “Show Whole Element”重新选择旋转按钮调整视图使用截面位面查看内部网格使用截面位面查看内部网格Appendix A: Mesh QualityA-63Trai
32、ning Manual23.旋转几何查看网格点击鼠标右键(Tree) ，并选择Show Worst Elements注意到其位置远离主要流场 查看最坏单元查看最坏单元提示提示: 从View菜单选择 Wireframe 帮助选择单元Appendix A: Mesh QualityA-64Training ManualCFX 求解器优选项求解器优选项24.使用 CFX 求解器优选项 (任选的)改变Solver Preference: CFXRMB (Tree)选择Generate Mesh对CFX 求解器的设置，最大偏斜值很高。Appendix A: Mesh QualityA-65Trainin
33、g Manual25.检查FEModeler中网格质量(任选的)网格划分程序RMB (Tree) Update关闭网格划分程序Workbench 2将FE Modeler拖放到项 目示图区中Mesh上部双击 ModelFEModelerRMB (Tree) 插入 Mesh MetricsMesh Metrics 气阀 4 节点线性四面体设置 Mesh Metric类型: Aspect Ratio最大纵横比小于 50 检查检查FEModeler中网格质量中网格质量 .Appendix A: Mesh QualityA-66Training Manual保存项目保存项目26.完成了网格选择File Close 来关闭 FEModeler在 WB 面板选择 Update在 WB 面板选择 File Save Project As 并给出项目名26.选择File Exit退出ANSYS Workbench
