文章来源:安世亚太官方(搜索:peraglobal)
ANSYS Fluent Meshing 是一款高级流体仿真前处理工具,具备从几何到求解的完整工作流程。其前身是Tgrid非结构体网格生成工具,并在最近的几个版本新增了Fluent风格的操作界面与几何导入技术,目前已经成为ANSYS主推的流体前处理软件。
图1 ANSYS Fluent Meshing前处理工具
一、Fluent Meshing有哪些亮点
作为高级的网格划分工具,如果没有几招“看家本例”来处理复杂的网格问题,那肯定是无法让人信服的,也就不能体现自己“高级”的身份和定位。当然,Fluent Meshing具备多种强大稳定的网格处理技术,是一定不会让大家失望的,下面就通过几个典型的特做以介绍。
1、超级“高效”的网格划分速度
随着计算机的发展,越来越多的流体仿真问题需要我们使用更为复杂与细致的几何,对应的网格数量也越来越大。目前,千万级的网格已经成为大多数产品流体仿真工作的一个常用量级,为此,我们需要更快的网格划分效率来支持工作的进度要求。
Fluent Meshing具备极为高效的体网格生成技术。测试案例显示,在如下表所示的单机工作站上,Fluent Meshing生成5亿四面体网格所需的时间仅有75分钟,对应的网格文件(约29 Gb)输出时间也不超过11分钟。相比之下,其他流体工具在网格划分的速度上,就远远的落在后面了。
图2 ANSYS 流体网格划分效率对比
奥迪官方实际上,对于相对复杂的几何外形,Fluent Meshing生成1000万体网格也只需2-3分钟,而且稳定性好,内存利用率高,输出文件速度快,是提升流体工程师工作效率的必备工具。
2、丰富的网格“后”处理技术
作为一名Fluent流体工程师,可以说我们对*.msh(或*.cas)格式的网格文件是又爱又恨。爱它的原因自不用多说,它是Fluent求解器最常用的网格格式;恨他的原因也不在少数,尤其是当我们需要修改网格、但又不是自己划分的时候。如果没有Fluent Meshing,那么我们拿这些*.msh格式的网格文件是
没有太多办法的,想修改无从下手,划分网格的原始几何和文件也无法到。
当然,随着Fluent Meshing 的不断更新与发展,这个问题已经得到了很好的解决。Fluent Meshing把*.msh作为可编辑的格式,而且是唯一的;同时,还可以对读入的*.ms件进行有针对性的修改,无论是六面体还是四面体,都能够在符合条件的范围内进行各种需求的处理。常见的网格修改包括:
●体网格质量(skewness)提升
●局部加密
●网格边界位置调整
●体网格的复制、缩放与旋转
●同名边界的准确分离
●对已有的体网格新增边界层
●多区域网格共节点拼接
●…
图3 为已有体网格新增边界层
图4 六面体网格与四面体网格的共节点拼接
当然,除了上面针对实际工中的一些常见需求之外,Fluent Meshing具备的其他高级技术(如诊断、改进、除错等)也可以随时应用在读入的网格之中,这些和从几何导入进行划分的工作是没有太多区别的。
3、基于“马赛克”技术的Poly-Hexcore网格
在流体仿真中,六面体与四面体网格在仿真各个环节的争论一直存在,但还是基本可以达成一个共识:那就是“六面体在求解过程中要优于四面体(虽然划分更加困难)。”为此,Fluent 工程师更希望在计算域中尽可能多的使用六面体网格,这样既能有效减少网格数量,同时还有可能降低伪扩散带来的影响。
Fluent Meshing在最新的版本中(2019 R1)新增了基于“马赛克”技术的Poly-Hexcore体网格生成方法,能够使六面体网格与多面体网格实现共节点连接(无interface面),而且不需要任何的额外手动网格设定(对比传统六面体网格划分),从而在保证工作完全自动化的状态下,提升提网格中六面体的数量,以达到提升求解效率与精度的目的。
图5 基于“马赛克”技术的Poly-Hexcore体网格
同时,该马赛克技术还支持边界层网格的划分,因此可以实现壁面附近的层状Poly网格+过渡区域的纯Poly网格+核心区域的六面体网格进行计算区域填充的状态,从而进一步提升网格整体质量,并有效降低网格总体数量与求解时间。
图6 带边界层的Poly-Hexcore体网格
当然,除了以上的亮点之外,Fluent Meshing也具备完整全面的前处理技术,如:保形网格重划分、包裹技术、综合诊断工具、网格间的布尔运算等等。这些也都是在实际的工作中非常便捷和常用的,限于篇幅的关系就不展开讲解了。
二、为何Fluent Meshing如此低调
相信很多人都看过金庸先生的《天龙八部》,里面有一个人物被大家称为“扫地僧“。此人武功高强、为人低调、而且深藏不露,给读者留下了深刻的印象。如果把(几年前的)Fluent Meshing比作网格中的“武林高手”,那么“扫地僧“则是最为恰当不过的角了:既有强大的前处理功能,又低调内敛,不被大家所熟悉(当然,作为一款软件太过低调可能也不是什么好事)。