网格与CFD求解精度的关系-崔凯
基于网格划分的计算流体力学模拟研究
基于网格划分的计算流体力学模拟研究在工程领域，计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）已成为一种常见的分析工具，主要用于模拟流体的运动和相应变化，对工程设计和制造等过程进行优化和改进。
在CFD模拟中，网格划分是非常关键的一个环节，它决定了模拟结果的准确性和计算效率。
本文将重点探讨基于网格划分的CFD模拟，并对其研究意义和应用前景进行深入阐述。
1、CFD模拟的基本原理CFD模拟是一种基于数值方法的分析技术，它通过数值模拟来解决流体力学问题。
CFD模拟的基本原理是将流体运动的方程通过数值离散化的方法，转化为一个求解差分方程组的计算问题。
通常采用有限元、有限体积或有限差分等数值方法，将物理问题转化为离散的数值问题。
CFD模拟的基本步骤包括：建立模型、离散化、求解数值方法、结果后处理等。
2、网格划分在CFD模拟中的重要性CFD模拟的计算精度和计算效率都与网格划分有关。
网格划分影响着模拟结果的精度和计算速度，目前工程领域中常用的网格划分方法主要包括结构化网格和非结构化网格两种。
结构化网格是一种规则网格划分方法，具有较高的计算效率和精度，适用于处理简单的几何形状。
非结构化网格则是一种给定形状的无规则网格划分方法，适用于复杂的几何形状。
非结构化网格的精度较高，但计算效率被约束。
根据不同的工程需求和实际问题，选择合适的网格划分方法是为了获得最优的计算精度和计算效率。
3、基于网格划分的CFD模拟研究应用场景在工程领域，CFD模拟广泛应用于飞行器、汽车、船舶、建筑等领域中的气体和流体流动分析。
其中，航空航天领域是CFD模拟的重要应用领域之一，飞行器的气动力学分析、热力学分析和马赫数相关分析等都需要CFD模拟的支持。
另外，在汽车、船舶领域中，CFD模拟也发挥着重要作用，例如汽车外形优化、飞跃撞波的分析等。
4、CFD模拟研究的发展趋势和前景展望随着科技的发展，CFD模拟技术得到了广泛的研究和应用。
Fluent动网格系列篇
不一样那就要另外计算了。 3）这里首先，你已经会怎么会使用fluent计算颗粒在流场中 的运动轨迹了，然后，你跟踪某一个颗粒，观察这个颗粒是 否到达壁面，然后用plot看是否能输出这个颗粒的运动轨迹 ，最后可以根据运动轨迹，确定你需要的坐标位置的速度分
布。
4）关于碰撞角度，这个就困难了，再思考，能否借用fluent 里面现有的参数进行计算。 个人的看法，仅供交流，如有不妥，请多包涵。
7.Fluent软件知多少 Fluent软件经典问题汇总
8.FLUENT动网格专题讨论
9.FLUENT News—Dynamic Mesh.pdf
பைடு நூலகம்10.包含运动边界的多体非定常流场数值模拟方法研究
气温度么？希望大家帮忙解惑，这个问题困扰我好久了
A:这个是不是只设好壁面初始温度，选好壁面材料参数，模 型里都有默认的导热系数吧。如果考虑室外空气对流的影响 ，我觉得就把壁面做出来，把室外的壁面作为模型边界。输
入温度和传热系数属于传热学的第三类边界条件，这样应该
就清楚了不是，温度就是室外空气的温度，或者说是自由流 体的温度对流换热系数指的是壁面和外面的自由流体发生对 流换热时，那个对流换热系数，用这个条件的时候，要输入 壁面的厚度，其实就是间接地算了一次热传导。
A:不同初始化条件下，每次迭代的截断误差可能不同，致使
最终的结果存在不一致性，但一般的话，只要误差没有超过
5%，都还是可以接受的。迭代了多少次？如果迭代次数过少 会进入伪收敛。收敛的标准不仅仅是残差，还要看迭代次数 以及守恒量守恒等指标。
8.急求fluent第二类边界条件的UDF：边界条件如下 u为x方向速度分量，我用的是速度入口，和压力出口，上述 边界条件应该如何UDF？
基于快速网格变形的CFD优化设计
* 同Adjoint耦合，获 得工程角度的深入 了解
* 无需重新生成CAD 和网格重构
* 需要工程经验
* 需要相关的工程知 识来探索创新设计
* 需要工程经验
* 需要相关的工程知 识来探索创新设计
ANSYS DesignXplorer (DX)
ANSYS DesignXplorer是 基于ANSYS Workbench 的设计探索和优化工具， 可以帮助用户完成形状 改变的研究
我们的客户如何从中受益？
问题
需要多个设计选择来增强风扇性能
解决方案 结果
Dyson Air Multiplier™ Fan
ANSYS FLUENT帮助实现10倍的设计变量分析 性能比原始设计改进了250%
“我们的团队使用ANSYS FLUENT仿真了200种不同的设计迭代，这个数字是传统的以物 理原型机为主要设计工具时的10倍以上。产品受到众多评论人士的一致称赞，Dyson空 气倍增器无叶扇在业界获得了巨大的成功。”
易用
无限制
集成性
RBF：机翼后掠角优化
RBF：发动机进气箱优化
总结
ANSYS提供了多种工具，帮助用户实现对所关心的参数的优化设计 形状是CFD优化中的关键输入参数 使用网格变形技术减少整个优化过程的时间 直接在CFD求解器中工作，并且可以并行处理 所有这些工具现在即可开始帮助您进行优化设计 我们同客户紧密合作，持续开发这些重要的新技术 请联系ANSYS技术支持获取更多的资料和培训
L形管道
问题：出口处的速度 分布不均匀
管道外形改变 降低不均匀性
流动均匀性显著改善
RBF-Morph
快速
•由于移除了网格重构的过程，对于改变形状设计的研究周期得以缩短；而 且在计算阶段可以调用之前的计算结果作为初场重启计算，更加快速
网格与CFD求解精度的关系-崔凯
• di 是网格的对角线长度. • N 是网格的对角线数目
• N = 2 for quad elements • N = 4 for hex elements.
d3
d1
d1
d2 d4
d2
22
网格质量 – EquiSize Skew
EquiSize Skew 指标 (QEVS) 仅仅应用于quad 和 hex 网格，定义如下：
U ,V ,W , k , , T ,...
3
FLUENT中的有限体积法 (2)
方程离散
离散
f
要求解 c 0 ，需要用到 面上的变量值 f 和面上的变量梯度 ( ) f 。而求解这两 个量需要利用网格单元中心值。
c0
4
FLUENT中的有限体积法(3)
面上的变量值和变量梯度的求解
f
面上的变量值： (迎风格式)
14
例: 椭圆体的湍流绕流（2）
4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 Hex tet R1 tet R2 tet R3 tet R4
node-based + HORC+MUSCL
cell-based
node-based
node-based + HORC + SOU
CD Total CDP CDF
在FLUENT6.3，又增加了一种网格 梯度的计算方法。
Least Squares Cell-Based method （后面介绍）
6
Cell-Based vs. Node-Based Gradient Schemes
Green-Gauss’ Theorem Cell-based gradient Node-based gradient
CFD网格的通俗介绍
CFD网格的分类,如果按照构成形式分,可以分为结构化和非结构化结构化:只能有六面体一种网格单元,六面体顾名思义,也就是有六个面,但这里要区分一下六面体和长方体。
长方体(也就是所有边都是两两正交的六面体)是最理想完美的六面体网格。
但如果边边不是正交,一般就说网格单元有扭曲(skewed).但绝大多数情况下,是不可能得到完全没有扭曲的六面体网格的。
一般用skewness 来评估网格的质量, sknewness=V/(a*b*c).这里V是网格的体积,a,b,c是六面体长,宽和斜边。
sknewness越接近1,网格质量就越好。
很明显对于长方体,sknewness=1.那些扭曲很厉害的网格, sknewness很小。
一般说如果所有网格sknewness>0.1也就可以了。
结构化网格是有分区的。
简单说就是每一个六面体单元是有它的坐标的,这些坐标用,分区号码(B),I,J,K四个数字代表的。
区和区之间有数据交换。
比如一个单元,它的属性是B=1, I=2,J=3,K=4。
其实整个结构化单元的概念就是CFD计算从物理空间到计算空间mapping的概念。
I,J,K可以认为是空间x,y,z 在结构化网格结构中的变量。
三维网技术论坛! p9 T0 u2 z+ @, i6 c非机构化:可以是多种形状,四面体(也就三角的形状),六面体,棱形。
对任何网格,都是希望网格单元越规则越好,比如六面体希望是长方形,对于四面体,高质量的四面体网格就是正四面体。
sknewness的概念这里同样适用,sknewness越小,网格形状相比正方形或者正四面体就越扭曲。
越接近1就越好。
很明显非结构化网格也可以是六面体,但非结构化六面体网格没有什么B,IJK 的概念,他们就是充满整个空间。
对于复杂形状,结构化网格比较难以生成。
主要是生成时候要建立拓扑,拓扑是个外来词,英语是topology,所以不要试图从字面上来理解它的意思。
其实拓扑就是指一种有点和线组成的结构。
网格与CFD求解精度的关系
• Hex, Tri, Quad: 大多数网格的EquiAngle Skew 应该低于0.85。 • Tetrahedral: 大多数网格的EquiAngle Skew 应该低于0.9， 对于某些简单物理问题可以更大。 对于关键区域网格的Size Change应该低于2， 实际尺寸变化要视所研究的物理现象而定。
R
c
Circumscribed circle
b
e2
ac 2 bd 2
21
网格质量 – Diagonal Ratio
Diagonal Ratio 指标 (QDR) 仅用于Quad和Hex网格，定义如下:
QDR max d1, d 2 , , d N min d1, d 2 , , d N
c1 c0
node值是cell值的加权平均
7
FLUENT中的有限体积法(6)
面值计算
Green-Gauss
FLUENT默认 相邻网格中心点的代数平均 计算量较小，准确度可以接受
Cell-Based method
Green-Gauss
Node-Based method
所求解的面上各节点值的代数平均 节点值取作周围网格单元值的代数加权平均 当非结构化网格时，比Cell-Based 更准确
Coarse mesh (228 cells)
medium mesh (912 cells)
流体机械CFD中的网格生成方法进展
文章编号: 1005 0329(2010)04 0032 06技术进展流体机械CFD中的网格生成方法进展刘厚林,董 亮,王 勇,王 凯,路明臻(江苏大学,江苏镇江 212013)摘 要: 网格生成技术是流体机械内部流动数值模拟中的关键技术之一,直接影响数值计算的收敛性,决定着数值计算结果最终的精度及计算过程的效率;本文在分析大量文献的基础上,首先,对流体机械CFD中的网格生成方法即结构化网格、非结构化网格、混合网格进行了比较全面的总结,系统地分析这些网格划分方法的机理、特点及其适用范围;其次,对特殊的网格生成技术,如曲面网格生成技术、动网格技术、重叠网格生成技术、自适应网格技术进行了阐述;再次,指出了良好的网格生成方法应具备的特点;最后提出了网格生成技术的发展趋势。
关键词: 流体机械;网格生成;计算流体动力学;动网格;自适应网格中图分类号: TH311 文献标识码: A do:i10.3969/.j i ssn.1005-0329.2010.04.008Overvie w onM esh Generati o n M et hods i n CF D of F lui d M achineryL IU H ou-lin,DONG L iang,W ANG Y ong,W ANG K a,i LU M i ng-zhen(Jiangsu U n i v ers it y,Zhenji ang212013,Ch i na)Abstrac t: M esh genera ti on techno logy i s one of the cr iti ca l technology f o r fl u i d m ach i nery fl ow nume rica l s i m u l at-i on,and d-i rectly i nfl uence t he astr i ngency o f nume rical si m u l a ti on,wh ich has an i m portan t e ffect on the nu m er ica l s i m u l a tion results,fi na l precision and the effi c i ency o f compu tati onal process.O n the bas i s o f analyzi ng a great dea l litera t ures,firstl y,m esh genera ti on m ethods and t heory of fluid m ach i nery are comprehens i ve l y su mm ar i zed such as structured mesh,unstructured mesh,hybrid gr i d and respecti ve re lati ve m erits and the pr i nciple,charac teristcs and scopes of t hese m ethods we re sy stema ti ca lly ana l ysed.Second-ly,Spec i a lm esh generation m ethod w ere su mm ar i zed,such as surface m eshi ng,m ov ing gr i d,adapti ve gr i d and especiall y i ntro-duced the pr i nci p le and app licati on areao f adapti ve g ri d.T h irdly,the character i sti c o f m esh g enerati on m e t hod w ere pion ted out.F i na lly,t he trends of mesh generati on are presen ted,and the tre m endous d ifference i s analyzed i n mesh au t om atic gene ra tion at a-broad and the necessary o f exp l o iti ng CFD soft w are and resea rchi ng the m esh auto m atic gene ration techn i que i n our country are put forwa rd.K ey word s: fl uids m achi nery;m esh g enerati on;co m puta ti ona l fl u i d dyna m ics;mov i ng gr i d;adaptive gr i d1 前言计算流体动力学(CFD)中,按一定规律分布于流场中的离散点的集合叫网格,产生这些节点的过程叫网格生成。
与网格划分的相关问题
什么叫网格
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网格种类
Pre-Processing
3. 4. 5. 6. Geometry Meshing Physics Solver Settings
A mesh divides a geometry into many elements. These are used by the CFD solver to construct control volumes
是否需要 non-conformal 交界面?
是否具备足够的计算机资源?
金字塔 棱柱/楔形
– – 需要多少单元/节点? 使用了哪些物理模型?
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结构化网格&非结构化网格
结构化网格&非结构化 网格：结构化网格是规 则网格，非结构化网格 是不规则网格
结构化网格&非结构化 网格：域内每个节点相 邻的节点数都相等是结 构化网格，反之是非结 构化网格
重要的指标
详细内容可参照崔凯博士的报告“网格对CFD求解精度的影响”
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网格质量评估
等角斜度的定义：
Qeas
max
min
最大内角 最大内角
max e e min max , 180 e e
最大内角 最小内角
与网格划分的相关问题
安世亚太武汉分公司 杨鹏
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网格相关问题
什么叫网格及种类 网格分类——结构化&非结构化
网格数量、精度、时间、内存的关系 网格质量评判标准
© 2011 PERA本思想：把原来在时间域及空间域上连续的物理量的场， 如速度场，压力场等，用一系列有限个离散点上的变量值的集合来 代替，通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间 关系的代数方程组，然后求解代数方程组获得场变量的近似值。 离散化的目的：我们知道描述流体流动及传热等物理问题的基本方 程为偏微分方程，想要得它们的解析解或者近似解析解，在绝大多 数情况下都是非常困难的，甚至是不可能的，就拿我们熟知的 Navier-Stokes方程来说，现在能得到解析的特解也就70个左右；但 为了对这些问题进行研究，我们可以借助于我们已经相当成熟的代 数方程组求解方法，因此，离散化的目的简而言之，就是将连续的 偏微分方程组及其定解条件按照某种方法遵循特定的规则在计算区 域的离散网格上转化为代数方程组，以得到连续的离散数值逼近解 。 © 2011 PERA Global
关于 CFD 高精度保真的数值模拟研究
关于 CFD 高精度保真的数值模拟研究张涵信【摘要】This paper consists of four parts.First,the requirement of fidelity and its assess-ment indicator for numerical results with high order accurate methods,meshes,physical models and high performance computer are investigated.Second,the problems in large eddy simulation and direct numerical simulation with high performance computer are discussed.Third,the rela-tion between numerical scheme and mesh is analyzed for solving Navier-Stokes equations with given high Reynolds number.Finally,a new method for verification and validation of CFD simu-lation is proposed.%本文由四部分组成。
第一部分研究了利用高阶格式、网格、物理模型和高性能计算机求解 NS 方程时，计算数据的高精度保真性的要求以及高精度保真的指标。
第二部分研究了利用大规模计算开展大涡模拟和直接数值模拟存在的问题。
第三部分分析了在高雷诺数下 NS 方程计算方法和网格的关系。
最后提出了建立计算数值验证、确认的新方法。
【期刊名称】《空气动力学学报》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】4页(P1-4)【关键词】保真高精度;大涡模拟(LES);网格和格式的关系;验证确认【作者】张涵信【作者单位】中国空气动力研究与发展中心，四川绵阳 621000【正文语种】中文【中图分类】V211.3空气动力学中流动物理方程建模的研究，方程求解高阶算法的发展，网格生成技术的进步，超大规模计算机的迅速出现及并行算法的研究，再加上实验设备的发展和测试技术的提高，使得航空航天等工程设计者尽管在不同设计阶段需要的气动数据精度可以不同，但为了提高飞行器的性能，扩大飞行走廊［1］，总要求气动工作者所提供的CFD和实验数据是高精度保真的。
计算流体力学模拟中的网格生成方法及优化
计算流体力学模拟中的网格生成方法及优化概述:计算流体力学（CFD）模拟是一种通过数值计算方法来模拟流体力学问题的技术。
在进行CFD模拟时，一个重要的步骤是生成适合模拟的网格。
网格的质量和适应性对CFD模拟的准确性和计算效率具有重要影响。
本文将介绍计算流体力学模拟中常用的网格生成方法以及优化措施。
一、网格生成方法:1. 结构化网格生成方法:结构化网格生成方法是一种将空间分割成规则拓扑结构的网格生成方法。
它的主要优点是适用于几何较简单的模型，计算速度较快。
常见的结构化网格生成方法包括直线加密法、均匀加密法、双曲型加密法等。
2. 非结构化网格生成方法:非结构化网格生成方法是一种将空间划分成不规则形状的网格的生成方法。
它适用于几何较复杂的模型，并且在处理流动现象中的复杂几何和边界条件时更具优势。
在非结构化网格生成中，常用的方法包括三角形剖分法、四面体剖分法和网格点移动法等。
3. 自适应网格生成方法:自适应网格生成方法是一种根据计算区域中流场的变化来调整网格的分布和密度的方法。
通过自适应网格生成方法，可以将网格精细化于流场变化较大的区域，从而提高模拟的准确性和精度。
常用的自适应网格生成方法包括几何适应方法和解适应方法等。
二、网格优化措施:1. 网格质量优化:网格质量对CFD模拟的准确性和计算效率具有重要影响。
因此，在网格生成后，通常需要进行网格质量优化。
常见的网格质量指标包括网格形状、网格扭曲度、网格尺寸、网格变形等。
通过调整网格节点的位置或调整连接节点的几何关系，可以优化网格的质量。
2. 网格适应性优化:为了更好地模拟流场中的局部细节，对于具有复杂边界条件的CFD模拟，网格适应性优化非常重要。
通过根据流场的局部变化来调整网格的分布和密度，可以提高模拟的准确性和计算效率。
常见的网格适应性优化方法包括加密区域网格划分方法、最大垫片法和自适应加密方法等。
3. 网格更新优化:在进行CFD模拟过程中，流场可能会有较大的变化，因此，为了保证模拟的精度和计算效率，需要进行网格更新优化。
网格计算技术在大规模CFD计算上的应用
第27卷 第6期空气动力学学报Vol.27,No.6 2009年12月ACTA AER ODYNAMICA SINICA Dec.,2009 文章编号:025821825(2009)0620696205网格计算技术在大规模CFD计算上的应用蔡巧言1,杜 涛2(1.西北工业大学航空学院,西安 710072;2.中国运载火箭技术研究院研究发展中心,北京 100076)摘 要:针对大规模数值计算规模化管理的难题,采用网格计算技术将网络环境下分散的计算资源组建了CFD网格计算环境。
采用主动接入方式,以中心服务器为核心的网格计算管理和服务模式,构建CFD网格计算环境,实现了CFD计算在网格环境内的自动化计算管理,提高了计算资源的利用效率,降低了设计人员的劳动强度。
关键词:网格计算;CFD;大规模计算中图分类号:V211.3 文献标识码:A0 引 言 随着CFD技术的日益成熟,计算能力的高速增长,计算资源的成本快速降低,CFD计算技术在现代飞行器的气动设计中能够发挥越来越大和越来越深刻的作用[1]。
目前,所面临的最大问题不再是计算资源的不足,而是如何利用好、管理好庞大的计算资源,发挥出高性能计算资源应有的作用。
两个突出的瓶颈问题是网格生成技术和计算过程的管理和调度仍然处于手工状态,已经不适应CFD大规模化的需求,阻碍了CFD技术在工程设计上的应用[2]。
如果不重视和解决这些问题,计算资源的高速增长并不会必然带来CFD计算质量和计算效率的双重提高。
美国是世界上信息资源最发达的国家,NASA 很早就面临大规模计算引入工业设计系统的障碍。
为此,NASA在2001年开展了CICT计划,其目的就是确保NASA在融合数字技术方面继续保持领先地位。
其中的CN IS(Comp uting,Networking and In2 formation Systems)子计划的核心就是试图将地面、空中和太空中的各种分布式信息资源整合在一起, CFD计算人员能够方便地进入和利用这些信息资源,同时资源对工程科研人员又是透明的。
1009CFD基础和网格计算I
1009 CFD 基础和网格计算I0、计算流体力学（CFD）基础计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD ）是近代流体力学、数值数学和计算机科学相结合的产物，是一门具有强大生命力的边缘科学。
CFD方法是对流场的控制方程用计算数学的方法将其离散到一系列网格节点上求其离散的数值解的一种方法。
控制所有流体流动的基本定律是：质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律。
由它们分别导出连续性方程、动量方程（N-S方程）和能量方程。
应用CFD方法进行平台内部空气流场模拟计算时，首先需要选择或者建立过程的基本方程和理论模型，依据的基本原理是流体力学、热力学、传热传质等平衡或守恒定律。
由基本原理出发可以建立质量、动量、能量、湍流特性等守恒方程组，如连续性方程、扩散方程等。
这些方程构成非线性偏微分方程组，不能用经典的解析法，只能用数值方法求解。
求解上述方程必须首先给定模型的几何形状和尺寸，确定计算区域并给出恰当的进出口、壁面以及自由面的边界条件。
而且还需要适宜的数学模型及包括相应的初值在内的过程方程的完整数学描述。
求解的数值方法主要有有限差分法（FDM）、有限元法（FEM）以及有限分析法（FAM），应用这些方法可以将计算域离散为一系列的网格并建立离散方程组，离散方程的求解是由一组给定的猜测值出发迭代推进，直至满足收敛标准。
常用的迭代方法有Gauss-Seidel 迭代法、TDMA 方法、SIP法及LSORC法等。
利用上述差分方程及求解方法即可以编写计算程序或选用现有的软件实施过程的CFD模拟。
1、CFD求解力学问题的过程2、网格计算网格，即在计算区域内一些列离散的点。
计算流体力学通过将控制方程离散，使用数值方法得到网格节点上的数据（如速度、温度、压力等），即数值解。
控制方程的离散方法主要由有限控制体积法、有限差分方法和有限元方法。
网格主要分为结构化网格和非结构化网格。
结构化网格，可以用一个固定的法则予以命名，非结构化网格的节点位置不能用一个固定的法则予以有序的命名。
网格类型对流场计算效率和收敛性的影响
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｔｈｅ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｕｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｍ ｅｓｈ ｔｙｐｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｆｌｕｉｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎ— ｃｙ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ ｏｎ ｐｒｅｍｉｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍ ｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｓｈ ｓｉｚｅ ａｎｄ ｂｏｄｙ ｍｅｓｈ ｕｎｉｔ ｎｕｍ ｂｅｒ，ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａ— ｔｉｏｎａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ ｏｆ ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ ｍ ｅｓｈ，ｈｅｘａｈｅｄｒａｌ ｍ ｅｓｈ ａｎｄ ｐｏｌｙｈｅｄｒａｌ ｍｅｓｈ ｉｎ ＣＦＤ ｃａ１ｃｕ— ｌａｔｉｏｎ ａｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｓａｍｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｓｈ ｓｉｚｅ，ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｒ— ｇｅｎｃｅ ｏｆ ｈｅｘａｈｅｄｒａｌ ｍｅｓｈ ｉｓ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒｓ． Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｅ ｔｉｍｅ ａｎｄ ＲＡ Ｍ ｆｏｒ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅｘａｈｅｄｒａｌ ｍ ｅｓｈ ａｒｅ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒｓ．Ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ ｒａｔｅ ｏｆ ｐｏｌｙｈｅｄｒａｌ ｍｅｓｈ ｉｓ ｍ ｕｃｈ ｂｅｔｔｅｒ． ｂｕｔ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｐｏｌｙｈｅｄｒａｌ ｍｅｓｈ ｉｓ ａ ｌｉｔｔｌｅ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｔｅｔｒａｈｅｄｒａ１ ｍｅｓｈ Ｔｈｅ
强度分析网格尺寸与分析精度曲线
强度分析网格尺寸与分析精度曲线强度分析网格尺寸与分析精度曲线是指在进行强度分析时，网格尺寸对分析精度的影响情况。
这是一个非常重要的问题，因为网格尺寸的选择直接关系到分析精度，而分析精度又直接关系到分析的可靠性和准确性。
在进行强度分析时，网格尺寸越小，分析精度就越高。
但是，随着网格尺寸的减小，计算量也会增大，这会导致计算时间延长。
因此，在选择网格尺寸时，需要在分析精度和计算时间之间进行权衡。
通常情况下，强度分析网格尺寸与分析精度曲线呈现出先快后慢的趋势。
这意味着，在网格尺寸较小时，分析精度的提升较快，但随着网格尺寸的减小，分析精度的提升速度会减慢。
在一定范围内，随着网格尺寸的减小，分析精度会继续提升，但是到达一定程度后，分析精度的提升就会停滞，甚至开始下降。
这个时候，继续减小网格尺寸就不会对分析精度产生显著的提升，甚至会使分析精度变差。
因此，在选择网格尺寸时，应该避免超过这个“饱和点”。
在实际应用中，通常可以通过多次分析，比较不同网格尺寸下的分析精度，来找到最优的网格尺寸。
这样可以保证分析精度在合理的范围内，同时也避免浪费计算时间。
总的来说，强度分析网格尺寸与分析精度曲线是一个很重要的问题，它关系到分析精度和计算时间之间的平衡。
在进行强度分析时，应该通过多次分析，找到最优的网格尺寸，以保证分析精度和计算时间的最优平衡。
cfd数据模拟技术的指标参数
cfd数据模拟技术的指标参数【原创版】目录一、CFD 数据模拟技术简介二、CFD 数据模拟技术的指标参数1.计算精度2.计算效率3.适用范围三、结论正文一、CFD 数据模拟技术简介计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，简称 CFD）是一种通过数值方法和计算机模拟研究流体流动的工程技术。
CFD 数据模拟技术可以在计算机上模拟流体的运动状态，预测流体的压力、速度、温度等物理量，为工程设计提供依据。
二、CFD 数据模拟技术的指标参数1.计算精度计算精度是衡量 CFD 数据模拟技术准确性的重要指标。
通常情况下，计算精度越高，模拟结果与实际结果的误差越小。
计算精度受到以下几个因素的影响：（1）网格划分：网格是将计算域离散化的基本单元。
合理的网格划分可以减小数值误差，提高计算精度。
（2）数值方法：常用的数值方法有有限体积法、有限元法、有限差分法等。
不同的数值方法对计算精度的影响不同，需要根据具体问题选择合适的方法。
（3）边界条件和初始条件：边界条件和初始条件是影响计算精度的重要因素。
正确的边界条件和初始条件可以提高计算精度，减小模拟误差。
2.计算效率计算效率是衡量 CFD 数据模拟技术计算速度快慢的指标。
计算效率受到以下几个因素的影响：（1）计算机硬件：计算机硬件性能对计算效率有直接影响。
高性能的计算机可以提高计算速度，缩短计算时间。
（2）数值方法：不同的数值方法对计算效率的影响不同。
例如，有限体积法的计算效率相对较高，而有限元法的计算效率相对较低。
（3）网格划分：合理的网格划分可以提高计算效率。
过于粗糙的网格会导致计算速度降低，而过于细密的网格会增加计算时间。
3.适用范围CFD 数据模拟技术适用于多种工程领域，如航空航天、汽车工程、能源工程等。
但并非所有流体流动问题都适合用 CFD 技术进行模拟。
一般来说，CFD 数据模拟技术更适用于研究流体流动的宏观现象，例如压力分布、速度分布等。
网格对CFD模拟结果的影响分析
网格对CFD模拟结果的影响分析
刘明亮;张思青;李胜男
【期刊名称】《水电自动化与大坝监测》
【年(卷),期】2016(002)004
【摘要】在CFD模拟的过程中，高质量的网格对计算结果的影响至关重要。
本文通过一个继电器内部流场的实例，描述了网格独立性检验的详细过程。
通过Fluent双精度求解器，应用k-omega模型对比添加与不添加边界层时计算误差，进而探讨边界层网格对计算精度的影响。
【总页数】7页(P41-47)
【作者】刘明亮;张思青;李胜男
【作者单位】昆明理工大学冶能学院，云南省昆明市 650093;云南电网有限责任
公司电力科学研究院，云南省昆明市 650000
【正文语种】中文
【相关文献】
1.网格对CFD模拟结果的影响分析 [J], 刘明亮;张思青;李胜男;
2.基于CFD无网格算法的飞行器电磁隐身特性模拟 [J], 高煜堃;陈红全;王彪;吴浩;胡晓磊;宋强强
3.基于重叠网格的船模停船操纵CFD数值模拟 [J], 孙晨光;王建华;万德成
4.基于粗网格CFD模拟方法的室内空气污染物实时寻源反计算研究 [J], 范雪妮;
王海东;胡毅冰
5.基于动态双重网格下喷动床滞止区流动特性CFD-DEM数值模拟 [J], 王洪远;纪律;孟繁旭;李斌;杨建蒙;陈海生
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网格尺度对CFD模拟提升管两相浓度分布的影响
石油化工·916·PETROCHEMICAL T E C H N O L O G Y2010年第39卷增刊网格尺度对CFD模拟提升管两相浓度分布的影响周新宇，蓝兴英，高金森，徐春明(中国石油大学(北京)化学工程学院，北京102249)[摘要]应用欧拉一欧拉双流体模型，模拟了内径和床高分别是0．186 nl和14m的二维提升管反应器内的气固两相流动特性。
考察了网格尺度对C FD模拟提升管反应器内轴向时均窄隙率和局部颗粒相浓度概率密度分布的影响。
结果表明，加密网络能够提高一般双流体模型对于轴向时均空隙率分布的预测精度，改变局部颗粒相浓度的概率密度分布，加强捕捉介观尺度结构的能力。
[关键词]网格尺度；提升管；数值模拟；气固流动[中凰分类号]T Q021．1[文献标识码]A提升管是非均匀结构显著的大型气固两相流力则采用颗粒动理学进行封闭，并选取G idasp ow经动体系。
因此，选择合适的网格尺度是极为必要典曳力模型H1处理相间作用力。
的。
近年来，国内外学者致力于数值计算方法的研1．1边界条件究增多。
其中，Ji rad ilo k等比较了网格尺度和颗本研究主要基于范怡平”1的测量数据。
其中，气粒弹性恢复系数e对气固流化床体系模拟结果的影体表观气速是3．28m／s，颗粒循环量是80kg／m2S。
响，认为e取0．9时可获得更为理想的计算结果，但提升管的初始颗粒浓度为零，气固两相的初始速度也其针对网格无关性的研究仍属于粗网格范畴。
Lu均为零。
为了保证颗粒循环量，颗粒相入口采用给定等”o则比较了曳力模型和网格尺度对于预测循环入口颗粒速度的方式。
出口条件为顶部自由出口。
流化床轴向空隙率分布的影响，网格尺度更加细气固两相在边壁均按无滑移边界处理。
化，而时间步长却相对较长。
Wang等¨1在鼓泡床1．2模拟对象的模拟中发现当网格尺寸缩小到颗粒直径的3倍、本研究是以范怡平”J的中试实验装置作为模时间步长取1×10。
CFD网格及其生成方法概述
CFD网格及其生成方法概述CFD网格及其生成方法概述作者：王福军网格是CFD模型的几何表达形式，也是模拟与分析的载体。
网格质量对CFD计算精度和计算效率有重要影响。
对于复杂的CFD问题，网格生成极为耗时，且极易出错，生成网格所需时间常常大于实际CFD计算的时间。
因此，有必要对网格生成方式给以足够的关注。
1 网格类型网格（grid）分为结构网格和非结构网格两大类。
结构网格即网格中节点排列有序、邻点间的关系明确，如图1所示。
对一于复杂的儿何区域，结构网格是分块构造的，这就形成了块结构网格（block-structured grids）。
图2是块结构网格实例。
图1 结构网格实例图2 块结构网格实例与结构网格不同，在非结构网格（unstructured grid）中，节点的位置无法用一个固定的法则予以有序地命名。
图3是非结构网格示例。
这种网格虽然生成过程比较复杂，但却有着极好的适应性，尤其对具有复杂边界的流场计算问题特别有效。
非结构网格一般通过专门的程序或软件来生成。
图3 非结构网格实例2 网格单元的分类单元（cell）是构成网格的基本元素。
在结构网格中，常用的ZD 网格单元是四边形单元，3D网格单元是六面体单元。
而在非结构网格中，常用的2D网格单元还有三角形单元，3D 网格单元还有四面体单元和五面体单元，其中五面体单元还可分为棱锥形（或楔形）和金字塔形单元等。
图4和图5分别示出了常用的2D和3D网格单元。
图4 常用的2D网格单元图5 常用的3D网格单元3 单连域与多连域网格网格区域（cell zone）分为单连域和多连域两类。
所谓单连域是指求解区域边界线内不包含有非求解区域的情形。
单连域内的任何封闭曲线都能连续地收缩至点而不越过其边界。
如果在求解区域内包含有非求解区域，则称该求解区域为多连域。
所有的绕流流动，都属于典型的多连域问题，如机翼的绕流，水轮机或水泵内单个叶片或一组叶片的绕流等。
图2及图3均是多连域的例子。
CFD计算速度的分析
CFD计算旋转流时旋转中心与几何中心不重合的速度变换贾继斌陈功(中国石油大学(北京)化工学院，北京102249)摘要：基于CFD计算旋转流的三维速度计算值是以空间的几何中心为基准给定的。
但旋转流由于流动的不稳定性或空间结构的非轴对称性导致旋转流的旋转中心偏离空间的几何中心。
这就使参照旋转中心为基准的三维速度分布不同于基于CFD计算的三维速度分布，两者之间存在着一定的差别。
在实际应用中一般分析问题是建立在以旋转中心为基准的三维速度分布上的，因此需要将参考几何中心CFD计算的速度变换为参考旋转中心的速度。
本文以旋风分离器为实例分析了由于基准不同所产生的速度变化，给出了CFD计算旋流时旋转中心与几何中心不重合的速度变换的方法。
结论也同样适用于其他类似旋转流的计算分析。
关键词：CFD，旋流，旋转偏心，速度变换，旋风分离器中图分类号：TQ 051.8 文献标识码 A 文章编号引言旋转流是一种工业上广泛应用的流动形式，如旋风分离器，水力旋流器，旋转射流等。
一般基于CFD计算旋转流的三维速度计算值是以空间的几何中心为基准坐标给定的。
但由于旋转流动过程的不稳定性或几何结构上非轴对称等原因，旋转流的旋转中心偏离空间的几何中心[1]，存在着旋转偏心的现象，即旋转流的旋转中心与几何中心不在一个轴线上，两个中心不重合。
若以不同的中心为参考基准，旋转流在空间上同一点的三维速度是不同的，存在着一定的差别，互相直接对等替换必定为后续的计算或分析带来较大的误差。
在实际应用中，由于分析问题的特点，在对旋转流流场进行分析中有时需要以旋转中心为基准的三维速度分布，此时应对基于CFD计算的旋转流三维速度值进行修正，将参考几何中心计算的流场变换为参考旋转中心的流场。
本文以蜗壳式旋风分离器流场为CFD计算对象，重点分析旋风分离器内旋转流的旋转中心与旋风分离器的几何中心不在一个轴线上所导致的速度分量之间的差异，给出了将基于几何中心计算的流场换算到参考旋转中心的流场的方法。
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R
c
Circumscribed circle
b
e2
ac 2 bd 2
21
网格质量 – Diagonal Ratio
Diagonal Ratio 指标 (QDR) 仅用于Quad和Hex网格，定义如下:
QDR max d1, d 2 , , d N min d1, d 2 , , d N
在FLUENT6.3，又增加了一种网格 梯度的计算方法。
Least Squares Cell-Based method （后面介绍）
6
Cell-Based vs. Node-Based Gradient Schemes
Green-Gauss’ Theorem Cell-based gradient Node-based gradient
17
网格质量的影响
网格质量的评价标准
质量评价标准 • EquiAngle Skew • Change in cell-size (growth rate) • Aspect ratio • Diagonal Ratio • EquiSize Skew • Stretch • Squish • Alignment with the flow
• Quad elements: n = 2, m = 4, and K = 2; • Hex elements: n = 4, m = 12, and K = 3.
By definition, 0 < QS < 1. • QS = 0 表示所研究网格为正四边形或者正六面体。 • QS = 1 表示所研究网格被压扁到一条线上。
18
网格质量 – EquiAngle Skew
最重要的网格质量指标是EquiAngle Skew (QEAS).
max e e min QEAS max , 180 e e
max Largest angle in face or cell min Smallest angle in face or cell e Angle for equiangula r face or cell
max max
min
min
e
Range of EquiAngle Skew values
e
0 (best ) • QEAS = 0 • QEAS = 1
1 (worst) 正交 压扁
Quad/Hex e 90
Tri/Tet e 60
19
网格质量 – Size Change
11
例: Taylor’s Vortex Array (1)
周期的2D层流涡列随 时间的消亡（Re=1） 采用不同的梯度格式 且在不同粗细的网格 上用周期边界条件法 对[2p x 2p] 的区域进 行了模拟。 对两个变量进行比较
• U方向速度误差 • 总湍动能的变化
12
例: Taylor’s Vortex Array (2)
• di 是网格的对角线长度. • N 是网格的对角线数目
• N = 2 for quad elements • N = 4 for hex elements.
d3
d1
d1
d2 d4
d2
22
网格质量 – EquiSize Skew
EquiSize Skew 指标 (QEVS) 仅仅应用于quad 和 hex 网格，定义如下：
By definition, QSC > 0。 QSC = 1 表示周围的网格体积与该网格体积完全相同 Vi=V1=V2=V…=Vn (i.e. 均匀网格)。 相邻网格单元的体积激变会导致较大的截断误差。
20
网格质量 – Aspect Ratio
Aspect Ratio 指标 (QAR) 对不同类型的网格采用不同的定义方法
变量值储存在网格单元中心点 网格单元的变量值相同 局部和全局守恒 能够求解任意多面体网格单元 在空间和时间上支持二阶离散 格式 • 非稳态项也可以采用二阶精度 • 扩散相可以由二阶中心差分 格式离散 • 对流相可以由二阶迎风、 QUICK、MUSCL和中心差 分格式离散，同时一阶迎风 和指数格式离散也可以使用。
Coarse mesh (228 cells)
medium mesh (912 cells)
fine mesh (3648 cells)
10
例题: 2D通道内的充分发展层流流动 (ReH = 400) (2)
不同梯度格式对结果的影响 不同网格中的轴向速度曲线 不同网格中的U方向速度误差
25
网格质量 – Squish(2)
Squish是FLUENT中使用的一种网格评判指标，具体公式如下：
r n
Ai
表示网格单元面矢量 表示网格中心点连线矢量
rc 0 / c1
Squish 应尽量小于0.9
26
网格质量的影响
低质量的网格可能导致不准确的结果和较慢的收敛速度。 最重要的评价指标是 EquiAngle Skew:
Tri/Tet
•
R r f is a scaling factor QAR f
f = 1/2 for tri elements and f = 1/3 for tet elements.
Quad/Hex
QAR
• •
max e1, e2 , , eN min e1, e2 , , eN
15
目录
Fluent使用的有限体积法的介绍 网格质量对CFD求解精度的影响 网格类型对CFD求解精度的影响 网格布局对CFD求解精度的影响 FLUENT6.3在求解精度上的一些改进。
16
网格质量的影响
网格质量对模拟的影响 • 网格质量对解的收敛性和准确 性有非常大的影响。 • 高 Skewness 的网格妨碍收敛, 甚至因为产生较大源项而导致 发散。 • 解的发散经常是因为少部分的 网格质量有问题。 • 拉伸严重的网格经常使方程求 解困难，妨碍收敛。
c1 c0
node值是cell值的加权平均
7
FLUENT中的有限体积法(6)
面值计算
Green-Gauss
FLUENT默认 相邻网格中心点的代数平均 计算量较小，准确d
Green-Gauss
Node-Based method
所求解的面上各节点值的代数平均 节点值取作周围网格单元值的代数加权平均 当非结构化网格时，比Cell-Based 更准确
特别适合三角形和四面体网格和尺寸变化比较大的网格
不适用于FLUENT 6.3的多面体网格
8
例: 无粘亚音速流动 (Ma = 0.5)
熵值增加是数值耗散的指标。 Node-based梯度算法抑制了熵值(数值耗散)的增加。
Cell-based gradient
Node-based gradient
另一个重要的网格质量指标是 Size Change (QSC).
QSC max r1, r2 , , rn
ri Volume of element i Volume of neighbor element j
V j 3
V j 2 V j 1
Vi
V j 4
3D Example
Contours of non-dimensional entropy production
9
例: 2D通道内的充分发展层流流动 (ReH = 400) (1)
比较了Node-based和Cell-based两种梯度格式的影响 粗网格 (228个三角形网格)经过细化之后，精度得到提高 比较了三套网格中的U方向速度误差
U ,V ,W , k , , T ,...
3
FLUENT中的有限体积法 (2)
方程离散
离散
f
要求解 c 0 ，需要用到 面上的变量值 f 和面上的变量梯度 ( ) f 。而求解这两 个量需要利用网格单元中心值。
c0
4
FLUENT中的有限体积法(3)
面上的变量值和变量梯度的求解
f
面上的变量值： (迎风格式)
24
网格质量 – Squish(1)
TUI 中，Gridquality 对hexahedra cells: Grid Quality: Applying quality criteria for hexahedra cells. Maximum cell squish = 5.78765e-002 Maximum 'aspect_ratio' = 6.46565e+000 对tetrahedra/mixed cells: Grid Quality: Applying quality criteria for tetrahedra/mixed cells. Maximum cell squish = 7.21352e-001 Maximum cell skewness = 7.56165e-001 Maximum 'aspect_ratio' = 1.52450e+001
c0
rc
0
f up r up
面上的变量梯度
c0
c
c
f
1
0
c1
f
1 c0 c1 2
面上的梯度计算实际采用网格单元中心梯度 的代数平均!
5
FLUENT中的有限体积法(4)
网格梯度计算
在FLUENT6.2和6.1，网格梯度的计 算主要有两种方法，分别是： Green-Gauss Cell-Based method Green-Gauss Node-Based method