ANSYS网格质量检查

A-16
Appendix A: Mesh Quality
网格质量影响要素
• CAD 问题
– 小边, 尖锐边和面 – 边和面间小缝隙 /通道 – 未连接几何体
Training Manual
需确定CAD问题并消 除
A-17
Appendix A: Mesh Quality
网格质量影响要素
• 网格分解和分布
好的
(OK)
可接受的
(ok)
可疑的
(!)
A-12
Appendix A: Mesh Quality
CFX网格正交性
•正交性度量由以下组成: • ip-face 法向向量, n, 与 • node-to-node 向量, s.
Training Manual
• 正交性椅子 = n· s, >1/3 想要的 • 正交角 = 90º -acos(n· s), >20º想要的 • 这不同于CFD后处理中Max/Min面角? YES!
Biblioteka Baidu
Training Manual
A-6
Appendix A: Mesh Quality
FLUENT网格质量考虑事项
• • • •
Training Manual
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/quality’
实际单元
2. 基于规一化的角误差:
•
e min 偏斜 = max max e , e 180 e
max
min
球
其中 e 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 0
– 急剧变化的几何，不 连续或小缝隙可能需 要更多分解 – 适当的网格分布可预 测物理条件
Training Manual
不适当的分解和分布 可能导致大的单元尺 寸变化，纵横比和(或) 偏斜
A-18
Appendix A: Mesh Quality
网格质量影响要素
• 尺寸功能类型
– 不适当的使用 (或根本不使 用) 高级尺寸功能 (ASF) 可 能导致差网格质量 – 对弯曲特征支配的几何使 用Curvature ASF – 对有缝隙或狭窄成份的几 何使用 Proximity ASF – 对综合这些特征的几何使 用 Curvature and Proximity ASF
A-5
Appendix A: Mesh Quality
ANSYS 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standard 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
– – – – – – – – – CAD 问题 网格分解和分布 划分方法 膨胀 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
• 改进网格质量策略
• 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
A-2
Appendix A: Mesh Quality
完美的
A-4
1 最坏的
Appendix A: Mesh Quality
网格质量度量
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)
Training Manual
纵横比 = 1
高纵横比四边形
纵横比 = 1
高纵横比三角形
A relatively “good” mesh in terms of max skewness, however the average and standard deviation are large
A-20
Appendix A: Mesh Quality
网格质量影响要素
• 膨胀
不适当的:
– – – – 表面网格质量 膨胀表面选择 膨胀选项 膨胀算法 (compression 或 stair-stepping层) – 膨胀参数 – 高级膨胀选项
0-0.25 Excellent 0.25-0.50 very good 0.50-0.80 good 0.80-0.95 acceptable 0.95-0.98 bad 0.98-1.00* Inacceptable*
•
*一些情况下，基于求解器的压力可运用包含少量skewness为0.98单元的网 格.
A-7
Appendix A: Mesh Quality
FLUENT网格质量要求
• 对Fluent最重要的网格质量度量是:
– Skewness – Aspect Ratio – Cell Size Change (ANSYS 网格不能执行)
Training Manual
对所有或大多数程序: • Skewness:
(max,avg)CSKEW=(0.801,0.287) (max,avg)CAR=(8.153,1.298)
网格 2
VzMIN≈-100ft/min VzMAX≈400ft/min
A-10
Appendix A: Mesh Quality
CFX网格质量考虑事项
Training Manual
• CFX求解器对网格质量要求和FLUENT 求解器有点不同，由于两个编码 的求解器结构的不同
Training Manual
可能导致差的网 格质量!
受影响的膨胀
A-21
Appendix A: Mesh Quality
改进网格质量策略
• CAD 清除
使用 CAD 或 DM:
– – – – – – – – – 简化几何 合并小边 合并边以减少面的数量 避免狭窄面 只在重要地方保留体间 隙 分解几何 移除不必要几何 几何相加 几何修补
– 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
A-13
Appendix A: Mesh Quality
CFX网格扩展因子
Training Manual
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
A-14
Appendix A: Mesh Quality
CFX网格纵横比
纵横比度量控制体的伸长
Training Manual
• 纵横比 = 节点周围每个单元最大和最小ip-areas的比的最大值 , <100 是想要的 • 在CFD后处理中， 纵横比和边长度比很相似
A-15
Appendix A: Mesh Quality
– 对六面体, 三角形和四边形: 应小于 0.8 – 对四面体: 应小于 0.9
• 差网格质量可能导致不精 确求解和缓慢收敛 • 一些程序可能要求比建议 值更低的偏斜值
• Aspect Ratio:
– 应小于 40, 但取决于流体特性 – 膨胀层可容忍大于 50
• Cell Size Change:
– Fluent 求解器是单元为中心的,流体变量计算在单元的中心分配, 其网格单 元和求解器单元相同 – CFX 求解器是顶点为中心的 ，流体变量单元在顶点存储,求解器单元是双 重网格单元。这意味着网格单元的顶点是求解器单元的中心
A-11
Appendix A: Mesh Quality
CFX网格质量考虑事项
Training Manual
A-3
Appendix A: Mesh Quality
网格质量度量
偏斜
两种方法定义偏斜: 1. 基于等边形的体的误差:
• 偏斜 = 最优单元尺寸 单元尺寸
最优单元尺寸
Training Manual
最优 (等边的) 单元
• •
只用于三角形和四面体 三角形和四面体的默认方法
CFX网格质量重要性
为什么网格质量重要?
Training Manual
• 离散误差的来源
– 流量逼近法中非正交性引入误差 – 存储和源逼近法中大网格扩展引入误差
• 离散误差的扩大
– 对减小非正交性误差的校正可引起非物理影响
• 线性化方程求解难点
– 大纵横比需要使用更多重要数字(如，双精度求解器的使用)
A-9
Appendix A: Mesh Quality
求解中网格质量的影响
例子
网格 1
(max,avg)CSKEW=(0.912,0.291) (max,avg)CAR=(62.731,7.402)
Training Manual
VzMIN≈-90ft/min VzMAX≈600ft/min
Large cell size change
– 应在1与2之间
A-8
Appendix A: Mesh Quality
Skewness 和 Fluent 求解器
Training Manual
• 不推荐高 skewness 值 • 一般保持体网格最大 skewness 值 < 0.95。而这个值和物理分析类型和单 元位置紧密相关 • 如果体网格包含退化单元，FLUENT 会报告负的单元体积 • skewness网格质量度量等级:
– 网格正交性 – 纵横比 – 扩展因子
Training Manual
• CFX 求解器有3个重要的网格度量标准，每次运行和更新开始的畸形网格
+--------------------------------------------------------------------+ | Mesh Statistics | +--------------------------------------------------------------------+ Domain Name: Air Duct Minimum Orthogonality Angle [degrees] = 20.4 ok Maximum Aspect Ratio = 13.5 OK Maximum Mesh Expansion Factor = 700.4 ! Domain Name: Water Pipe Minimum Orthogonality Angle [degrees] = 32.8 ok Maximum Aspect Ratio = 6.4 OK Maximum Mesh Expansion Factor = 73.5 ! Global Mesh Quality Statistics : Minimum Orthogonality Angle [degrees] = 20.4 ok Maximum Aspect Ratio = 13.5 OK Maximum Mesh Expansion Factor = 700.4 !
ANSYS 网格划分的网格度量
• 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
Training Manual
ASF 可用来消除 !
A-19
Appendix A: Mesh Quality
网格质量影响要素
• 划分方法
– – – –
Training Manual
划分方法不适当的使用 (自动, 四面体, 扫掠, 多区 和CFX-网格) 会导致大的偏斜 划分方法的选择取决于几何和应用程序 使用Outline中Mesh 对象下Show the Sweepable Bodies 是一个好习惯 许多程序利用 Patch Conforming 和扫掠划分方法
附录 A
网格质量
A-1
Appendix A: Mesh Quality
概述
• 网格质量度量
– Skewness – 可接受比 – 最差单元
Training Manual
• 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