流体机械CFD中的网格生成方法进展
将ICEM_CFD网格导入Fluent的方法及生成CFD边界条件的3种方法
将ICEM CFD网格导入Fluent的方法及生成CFD边界条件的2种方法ICEM CFD软件具有强大的流体网格生成能力，这是一个业内普遍的认识。
但是，ICEMCFD创建网格的基本理念与大多数软件不一样，比如说ICEMCFD中基本上没有几何体的概念，又比如说网格不直接依赖于几何模型而是更依赖于Block，这和Patran、Ansys等常用软件的几何模型+网格模型、网格依赖于几何模型等的普遍概念完全不同。
因此，对于初学ICEM CFD的人来说，这个软件入门很难，这也是作者Dengguide这半年学习ICEM CFD的深切体会。
在这篇短文中，作者主要想介绍一下比较困扰新手的2个问题：（1）怎么将ICEM CFD网格导入Fluent中？（2）怎么在ICEM CFD中生成出入口、耦合面等边界条件？1.将ICEM CFD网格导入FluentICEM CFD默认输出网格文件的后缀是.uds，不是Fluent能够读入的.msh格式。
设置方法如下：（1）点击output->点击select solver，在Output Solver选项中选择Fluent_V6，CommonStructural Solver通常默认为ANSYS，不用理它；（2）点击Write input，就是第四个图标，会弹出“Save current project first”对话框，选Yes保存uns文件，然后弹出“Fluent V6”对话框，其他选项都可不改动，可在Output file这一项中改一个你想要的文件名称，最后点Done选项就好了，输出的是mesh文件，可以直接读入Fluent中。
2.在ICEM CFD中生成CFD边界条件迄今为止，作者总共摸索出了2种在ICEMCFD中生成CFD边界条件生成CFD边界条件的方法。
在介绍之前，先说明2个基本提示：（1）ICEM输出的mesh文件只是包含了节点坐标、节点之间的连接信息以组成网格和表面（faces）、所有表面的区域类型（zone type）和数量，并不包含几何信息；（2）mesh文件导入后Fluent后，Fluent自动将体单元组的内部单元和表面分成2组，体单元1个组，面单元1个组。
计算流体力学网格生成方法阅读笔记
《计算流体力学网格生成方法》阅读笔记目录一、内容概要 (3)1.1 计算流体力学概述 (4)1.2 网格生成在CFD中的重要性 (4)二、网格生成基础 (5)2.1 网格概述 (7)2.1.1 定义与分类 (8)2.1.2 网格参数与特性 (9)2.2 网格生成方法分类 (11)2.2.1 手动网格生成技术 (12)2.2.2 自动网格生成技术 (13)三、详细阅读 (15)3.1 笛卡尔网格生成技术 (16)3.1.1 技术原理 (17)3.1.2 优缺点分析 (19)3.1.3 应用实例 (20)3.2 贴体网格生成技术 (21)3.2.1 技术原理 (23)3.2.2 优缺点分析 (24)3.2.3 应用实例 (25)3.3 混合型网格生成技术 (25)3.3.1 技术原理 (26)3.3.2 优缺点分析 (28)3.3.3 应用实例及组合策略 (29)四、网格优化与改进 (30)4.1 网格优化概述 (31)4.1.1 优化目标与原则 (33)4.1.2 优化流程与方法 (34)4.2 网格改进技术 (35)4.2.1 局部网格加密技术 (37)4.2.2 网格平滑技术 (38)4.2.3 网格自适应技术 (39)五、网格生成在CFD软件中的应用实践 (41)5.1 典型CFD软件介绍 (43)5.1.1 软件功能与特点 (45)5.1.2 网格生成模块的应用 (46)5.2 CFD软件中网格生成方法实例分析 (47)5.2.1 实例选择背景 (49)5.2.2 网格生成过程与技巧 (50)5.2.3 结果分析与评估 (52)六、总结与展望 (53)一、内容概要《计算流体力学网格生成方法》一书深入探讨了计算流体力学中网格生成的重要性及其多种方法。
本书首先介绍了计算流体力学的基本概念、应用领域及其发展历程，为读者理解网格生成在其中的角色和作用奠定了基础。
详细阐述了网格生成的基本原理和分类，包括结构化网格、非结构化网格以及混合网格等。
网格生成及修正技巧
网格生成及修正技巧1引言网格是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着重要的影响。
对于复杂的CFD 问题，网格的生成极为耗时，并且极易出错，生成网格所需的时间常常大于实际CFD 计算的时间。
因此，有必要对网格生成以及修正方法进行足够的研究。
考虑到目前的CFD 计算多是通过专用的网格生成软件来划分所需要的网格，因此，本文就如何利用专用前处理软件GAMBIT 来介绍网格的生成和修正技巧。
2 网格类型网格主要有两种：结构网格和非结构网格[1] [2]在结构网格中，常用的2D 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，其中五面体单元还分为棱锥形(或楔形)和金字塔形单元等。
结构网格的最大特点在于网格中节点排列有序，邻点间关系明确，结构简单，构造方便，与计算机语言自然匹配，容易计算，网格生成速度快，质量好，数据结构简单等优点；缺点是适用的范围比较窄，只适用于形状规则的图形，对复杂几何形状的适应能力差。
非结构网格舍去了网格节点的结构性限制，易于控制网格单元的大小、形状及节点位置，灵活性好，对复杂外形的适应能力强——流场变化比较大的地方，可以进行局部网格加密。
但其无规则性也导致了在模拟计算中存储空间增大，寻址时间增长，计算效率低于结构化网格，计算时间长等缺点。
[1]。
（a ）三角形 （b ）四边形图1 常用的2D网格单元（a ）四面体 （b ）六面体 （c ）五面体（凌锥） （d ）五面体（金字塔）图2 常用的3D 网格单元3 单连域与多连域网格网格区域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。
如果在求解区域内包含求解区域，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，其网格主要有O 型和C 型两种[1]。
流体机械结构化网格
流体机械结构化网格流体机械是指利用流体力学原理转换机械能的设备，如泵、水轮机、风力发电机等。
为了对流体机械进行仿真和优化设计，在计算流体力学（CFD）中，需要对流体机械进行结构化网格的建立。
结构化网格是由规则、有序的网格单元构成的网格，网格单元之间的连接关系易于描述，适合用于边界条件的设定和问题的求解。
对于流体机械，结构化网格可以更准确地模拟流体流动的特性，提高计算结果的准确性。
本文将介绍流体机械结构化网格的建立方法。
首先，流体机械结构化网格的建立首先要确定流动区域的几何形状，包括叶轮、叶片等。
可以使用CAD软件对流动区域进行绘制，并将其导出为标准格式（如STEP、IGES）的文件。
然后，使用网格生成软件，如ANSYSICEMCFD、GAMBIT等，将几何模型导入进行后续的网格划分。
其次，进行网格划分时需要根据流体机械流动的特性进行设计。
对于轴对称的叶轮，可以采用旋转体对称法进行网格划分，保证计算时的对称性。
对于多叶片叶轮，可以采用斜叶片法进行网格划分，保证流线在叶轮上的分布均匀。
另外，要根据流体机械的尺寸、速度等参数确定网格尺寸的设置，过细的网格会增加计算量，过粗的网格会损失较多的信息，影响计算精度。
通常采用网格划分的自动化方法，根据预设的网格尺寸进行划分，并进行适当的网格尺寸修正。
然后，进行网格的连接和连接关系的设定。
对于旋转体对称的叶轮，可以通过复制旋转体的方式进行网格连接。
对于多叶片叶轮，需要确定叶片之间的连接关系，保证网格整体的连续性。
在连接过程中，可以通过调整网格的节点位置，保证相邻网格之间的连接平滑。
连接完成后，可以导入流体机械的边界条件，如叶轮的入口、出口条件，以及叶片表面的壁面条件。
最后，进行网格的质量检查和修正。
质量检查可以通过软件自带的质量评估工具进行，对网格中的不良单元（如扭曲单元、翻转单元）进行标记。
对于标记出的不良单元，可以通过调整网格节点位置、重新设定网格尺寸等方法进行修正，使得整个网格质量达到要求。
高速流体力学中的网格生成与优化技术
高速流体力学中的网格生成与优化技术近年来，高速流体力学中的网格生成与优化技术受到了研究人员的广泛关注。
由于高速流体力学的特殊性质，在求解流场的过程中，非常重要的一步就是针对计算区域的几何特征进行网格生成与优化，以确保计算结果的准确性和可靠性。
高速流体力学中流场具有高速、高温、高压等特殊性质，对数值计算模型的精度和稳定性要求很高。
同时，高速流体力学的计算区域通常具有复杂的几何形状，在对计算区域进行网格划分时，要确保网格的质量和密度均匀性。
因此，网格生成与优化技术在高速流体力学中具有重要意义。
网格生成与优化技术可以分为三个阶段，分别是前处理阶段、求解阶段和后处理阶段。
其中，前处理阶段主要是对计算区域进行网格生成与优化，求解阶段是对流场进行数值模拟计算，后处理阶段则是对计算结果进行处理和分析。
在前处理阶段，网格生成与优化技术旨在产生最适合数值模拟的网格。
一些经典的网格生成方法包括结构式网格生成方法、非结构式网格生成方法和混合式网格生成方法。
其中，结构式网格生成方法生成的网格结构简单，适用于较简单的几何形状；非结构式网格生成方法可以应用于更为复杂的计算区域，但由于其网格结构较为复杂，对计算资源的要求较高；混合式网格生成方法则将上述两种方法相结合，兼具了两者的优点，适用于大部分计算区域。
在网格生成的过程中，还需要考虑网格质量的问题。
网格质量的优劣对数值模拟的精度和稳定性具有很大的影响。
目前，常用的网格优化方法包括达拉伯勒变换法、Laplace算子法、梯度坐标法等。
这些方法可以对网格进行优化，使得网格的质量更加优良。
在求解阶段，基于已经生成的网格进行数值模拟计算。
目前常用的数值模拟方法包括有限体积法、有限差分法、有限元法等。
这些方法都是基于数值计算原理，将流动控制方程式离散化后，通过数值解算的方法进行计算。
由于高速流体力学的数值模拟具有高精度、高稳定性等优点，在工程领域中得到了广泛应用。
在后处理阶段，主要是对求解结果进行处理和分析，以获得有用的信息。
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。
CFD网格及其生成方法概述
CFD网格及其生成方法概述网格是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。
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）。
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。
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。
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。
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。
均是多连域的例子。
对于绕流问题的多连域内的网格，有O型和C型两种。
O型网格像一个变形的圆，一圈一圈地包围着翼型，最外层网格线上可以取来流的条件，如图6所示。
C型网格则像一个变形的C字，围在翼型的外面，如图7所示。
这两种网格部属于结构网格。
4 生成网格的过程无论是结构网格还是非结构网格，都需要按下列过程生成网格：（1）均建立几何模型。
计算流体力学ICEM CFD 网格生成基础教程190410
按不同的按钮会调用不同的模块。 The Edit Mesh Menu
The Edit Mesh menu包含必要的网格编辑功能, 粗化、平滑合并等。具体的操作有： • Copy/move, Smooth, Refine, Coarsen, Merge, Extrude, Diagnostics, Uncouple, Bandwidth, Change type, Change family, Utilities, Edit nodes, Edit elements, Edit edges, Edit Blocks, Edit subfaces, Repair The Output Menu
行近似，并在预先规定的点上设置顶点。
B-Spline曲线允许Tetra 处理表面上的间断。如果在表面的边 界上没有定义曲线，Tetra划分的三角形会自由的越过间断。 而预先规定的点会使得它认出曲线上尖锐的拐弯。 Tetra 中有工具来自动的在尖锐的特征上获取点和曲线。
三角形表面网格 对于三角形表面网格，关键点和曲线能够自动的被识别。虽然Tetra 生成的网格上的节点不完全和原始的网格重合，但是它会符合模 型的形状。这对于从别的网格数据或者立体扫描数据中导入几何 模型是很有用处的。
显示窗口
The display window, 处于屏幕右边, 允许控制按照family, geometric entity, element type and user-defined subsets来显示. Important: Since some functions are performed only on the entities shown, the Display window is a very important feature to use when isolating the particular entities to be modified.
计算流体力学ICEMCFD网格生成基础指导教程
第一章介绍ICEM CFD 工程Tutorials目录中每个工程是一个次级子目录。
每个工程的目录下有下列子目录：import, parts, domains, mesh, 和transfer。
他们分别代表：• import/: 要导入到ICEMCFD中的集合模型交换文件，比如igs，STL等；• parts/: CAD模型• domains/: 非结构六面体网格文件(hex.unstruct), 结构六面体网格分区文件(domain.n), 非结构四面体网格文件(cut_domain.1)• mesh/: 边界条件文件(family_boco, boco)，结构网格的拓扑定义文件(family_topo, topo_mulcad_out), 和Tetin几何文件(tetin1).• transfer/: 求解器输入文件(star.elem), 用于Mom3d.的分析数据mesh目录中Tetin文件代表将要划分网格的几何体。
包含B-spline曲面定义和曲线信息，以及分组定义Replay 文件是六面体网格划分的分块的脚本鼠标和键盘操作鼠标或键盘操作功能鼠标左键点击和拖动旋转模型鼠标中键点击和拖动平移模型鼠标右键点击和上下拖动缩放模型鼠标右键点击和左右拖动绕屏幕Z轴旋转模型F9 按住F9，然后点击任意鼠标键进行操作的时候进行模型运动F10 按F10 紧急图象Reset第二章ICEM CFD Mesh Editor界面The Mesh Editor, 创建修改网格的集成环境，包含三个窗口• The ICEM CFD 主窗口• 显示窗口• The ICEM CFD 消息窗口主窗口主窗口中除了图形显示区域，外，还有6个radio按钮：File, Geometry, Meshing, Edit Mesh and Output. The File MenuThe File menu 包含• Open, Save, Save as, Close, Quit, Project dir, Tetin file,Domain file, B.C file, Import geo, Export geo, Options, Utilities,Scripting, Annotations, Import mesh, DDN part.The Geometry MenuThe Geometry menu 模型修补和编辑，边界条件的设置，调用ICEM CFD DDN。
CFD-12-05-计算网格技术_基础和结构化
嵌套网格（chimera）
grid: 480 blocks, 12 mill. cellD structured mesh with 9 blocks
Full structured grids generated with ICEM
Smooth mesh to capture the wakes
(3). Grid spacing can be made smaller in regions of
strong variable variation. Disadvantages:
(1). The transformed equations contain more terms thereby
increasing both the difficulty of programming and the cost of solving the equations
Complex geometries (Boundary-Fitted Non-Orthogonal Grids)： Advantages: (1). Can be adapted to any geometry (2). Boundary conditions are easy to apply
Commercial software (Gridgen, Gambit, etc.)
Examples
(a) Symmetric (b) centerbody (c) asymmetric
求解偏微分方程方法：
P (, , ) 2 Q (, , ) R (, , )
Grid generation
结构化网格生成方法（structured grid） 三角形网格生成方法（triangle/tetrahedron） 直角网格生成方法（Cartesian grid）
CFD分析的结构化网格自动生成方法
CFD分析的结构化网格自动生成方法在CFD分析的全自动优化过程中，一个关键任务就是如何实现模型、网格的自动生成以及CFD流场分析的自动运行。
最近，我们在的一个名为“GAMMA”研究项目中，遇到这样一个难题——要求自动的生成一个结构化网格。
为什么要结构化网格与非结构化网格相比，结构化网格可以极大地加快流场分析，并且能得到一个精度较好的结果。
在大型设计研究中进行高质量的分析时，两者都可以很好的应用。
然而，在优化研究中，非结构化网格的自动化生成会更加容易实现——只需几何模型就可以实现。
结构画网格却不是这么简单。
结构网格的挑战关键问题在于结构化网格如何去填充一个任意几何的全部特征？举个我们研究的例子，例如涡轮增压器的蜗壳，它就存在一个虽然很小，但却很难处理的几何特征——蜗舌。
如下图所示：整体结构图——造成结构网格困难的区域蜗舌区域是蜗管体和出口段之间的过渡区域。
这对于结构网格来说有点复杂。
对于蜗管主体，可以很好划分结构化网格，一般这部分的结构化网格方式比较明确。
但是在蜗壳存在蜗舌结构，如何对蜗舌处划分结构化网格？在这里就有一些用户迷茫了。
几何框架考虑在这样的蜗壳几何生成结构化网格，那么就需要要为网格系统提取一些有用的信息。
对于各类复杂几何，是不可能只以一种方式来自动生成结构化网格。
我们所做的不仅是生成出新设计的网格，还基于CAESES软件建立一套基于模型参数化的几何框架（能引导生成结构化网格），它在某种逻辑上展示了网格是如何划分的，然后用该几何框架生成结构画网格。
下图展示了几何框架是如何布置的。
CAESES中自动结构化网格的参数化几何案例通过这些几何信息，实现了对这个复杂几何结构的结构化网格划分。
由于这些内部曲线是模型本身的一部分，所以当修改蜗壳的设计变量时，它们也会自动调整。
对于无界面使用者，也可以在优化过程中通过脚本形式创建几何，实现相同的效果，例如通过外部优化工具控制。
这也使得该方法能直接适用于HPC环境。
一种可视化CFD网格生成方法
一种可视化CFD网格生成方法
张世俊;肖刚;李建勋;敬忠良;樊俊飞
【期刊名称】《系统工程与电子技术》
【年(卷),期】2003(025)007
【摘要】结合可视化技术,提出一种CFD前处理中的网格生成方法.阐述了CFD前处理中存在的问题,并针对这些问题构架起专用的绘图平台.详细介绍了网格划分的思路及实现方法,并将网格自动生成模块集成在绘图平台中.实践证明,这种可视化CFD网格划分平台操作界面方便友好,算法简捷正确,大大简化了前处理工作的复杂性,具有很高的实用价值.
【总页数】5页(P901-904,909)
【作者】张世俊;肖刚;李建勋;敬忠良;樊俊飞
【作者单位】上海交通大学航空航天信息与控制研究所,上海,200030;上海交通大学航空航天信息与控制研究所,上海,200030;上海交通大学航空航天信息与控制研究所,上海,200030;上海交通大学航空航天信息与控制研究所,上海,200030;上海宝钢集团公司研究院,上海,201900
【正文语种】中文
【中图分类】TP317
【相关文献】
1.CAD/CAM与网格生成以及CFD软件的集成方法 [J], 董宇欣;贺征
2.一种基于点云数据的复杂地形CFD网格生成方法 [J], 刘新新;甘勇;郑远攀
3.流体机械CFD中的网格生成方法进展 [J], 刘厚林;董亮;王勇;王凯;路明臻
4.一种针对冶金流动过程的CFD可视化系统开发 [J], 虞幸皓;陈志杨;樊俊飞;任三兵;张三元
5.面向降落伞稳态CFD计算的网格生成方法研究 [J], 靳宏宇; 吴壮志; 王奇; 贾贺; 荣伟
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CFD分析基础-边界、网格、湍流模型
LES（大涡模拟）基本原理
动量、质量、能量及其他被动标量大多由大尺度涡输 送
大涡结构（又称拟序结构）受流场影响较大，是由所 涉及流动的几何形状和边界条件决定的。
小尺度涡则认为是各向同性的受几何形状与边界条件 影响较小。
大涡模拟通过滤波处理，将小于某个尺度的旋涡从流 场中过滤掉，只计算大涡，然后通过求解附加方程得 到小涡的解。
重正规化群 (RNG) k–ε模型
k–ε 方程中 的常数源自使用重正规化群理论. 包括以下子模型
解决低雷诺数下的特异粘度模型 源自对紊流 Prandtl / Schmidt数的代数公式的解析解 漩涡修正 对更复杂的剪切流来说比SKE 表现更好,比如高应变率，漩涡和分离的流动
k–ε 湍流模型
在航天和涡轮机械领域得到最广泛的应用 几个k–ω子模型/选项 : 可压缩性效果, 过渡期的剪切流修正流动.
剪切压力输运k–ω (SSTKW) 模型(Menter, 1994)
SST k–ω 模型 使用混合函数对逐渐过渡的从壁面附近的标准k–ω 模型到高雷诺数在边界层的外部的k–ε模型.
包括修正过的用来解决主要紊流剪切压力的传输效果紊流粘性公 式.
紊流耗散率 [L2/T3]
k
定义耗散率 [1/T]
每种紊流模型计算 μT 都很困难.
T f ~
Spalart-Allmaras:
解模拟紊流粘性的输运方程
标准 k–ε, RNG k–ε, Realizable k–ε
解关于 k 和 ε的输运方程.
标准 k–ω, SST k–ω
T
f
k
2
T
f
k
解关于 k 和 ω的输运方程.
Spalart-Allmaras 模型
计算流体力学ICEM CFD 网格生成基础教程
第一章介绍ICEM CFD 工程Tutorials目录中每个工程是一个次级子目录。
每个工程的目录下有下列子目录：import, parts, domains, mesh, 和transfer。
他们分别代表：• import/: 要导入到ICEMCFD中的集合模型交换文件，比如igs，STL等；• parts/: CAD模型• domains/: 非结构六面体网格文件(hex.unstruct), 结构六面体网格分区文件(domain.n), 非结构四面体网格文件(cut_domain.1)• mesh/: 边界条件文件(family_boco, boco)，结构网格的拓扑定义文件(family_topo, topo_mulcad_out), 和Tetin几何文件(tetin1).• transfer/: 求解器输入文件(star.elem), 用于Mom3d.的分析数据mesh目录中Tetin文件代表将要划分网格的几何体。
包含B-spline曲面定义和曲线信息，以及分组定义Replay 文件是六面体网格划分的分块的脚本鼠标和键盘操作鼠标或键盘操作功能鼠标左键点击和拖动旋转模型鼠标中键点击和拖动平移模型鼠标右键点击和上下拖动缩放模型鼠标右键点击和左右拖动绕屏幕Z轴旋转模型F9 按住F9，然后点击任意鼠标键进行操作的时候进行模型运动F10 按F10 紧急图象Reset第二章ICEM CFD Mesh Editor界面The Mesh Editor, 创建修改网格的集成环境，包含三个窗口• The ICEM CFD 主窗口• 显示窗口• The ICEM CFD 消息窗口主窗口主窗口中除了图形显示区域，外，还有6个radio按钮：File, Geometry, Meshing, Edit Mesh and Output. The File MenuThe File menu 包含• Open, Save, Save as, Close, Quit, Project dir, Tetin file,Domain file, B.C file, Import geo, Export geo, Options, Utilities,Scripting, Annotations, Import mesh, DDN part.The Geometry MenuThe Geometry menu 模型修补和编辑，边界条件的设置，调用ICEM CFD DDN。
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。
CFD软件的动态重叠网格生成算法研究
硕 士 学 位 论 文
CFD 软件的 动态重叠网格生成算法研究
作者姓名 学科专业 指导教师 培养学院
段茂昌 流体力学 董海涛 副教授
航空科学与工程学院
Research of Dynamic Overset Grids Generation Algorithm in CFD Software
unsteady flow in efficiency and reliability very well. Firstly, in this disertation, fundamental principles of currently existing overset grid method and their present situation are researched. Meanwhile, superiorities and deficiencies of each method are analysed. Secondly, Octree algorithm is focused on, and its fundamental principles, realization procedures, data structure, search efficiency and search result are researched in more detail, thus its superiorities and deficiencies are fully understood. Thirdly, Neighbour-to-Neighbour cell search method is focused on, it’s also researched in detail, two difficulties occurred in its realization are analysed. Then, the two methods mentioned above are integrated, and a new dynamic overset grid method is realized, besides its efficiency and accuracy are verified, and it satisfies the demand very well. Finally, the overlapping-zone is optimized, the quality of generated overset grid is further improved. Key words: Multibody in relative motion, dynamic overset grids, Octree algorithm, Neighbour-to-Neighbour cell search method, overlapping-zone optimization
基于CFD模拟的机械流体力学研究
基于CFD模拟的机械流体力学研究引言流体在机械工程中起着重要的作用。
流体力学是研究流体运动和流体受力的力学分支，而计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）则是通过数值模拟方法对流体力学进行研究。
本文将探讨基于CFD模拟的机械流体力学研究领域，讨论其应用和意义。
1. CFD的基本原理与模型1.1. Navier-Stokes方程Navier-Stokes方程是描述流体运动的基本方程，可以通过CFD进行数值求解。
它是连续性方程和动量方程的综合表达，可以描述流体的运动、速度分布以及压强分布等参数。
1.2. 计算网格在CFD模拟中，计算网格是非常关键的。
通过将流体区域划分为无数个小网格，可以离散化求解方程，得到每个小网格上的流体参数。
常用的计算网格包括结构化网格和非结构化网格，它们各有优缺点，适用于不同类型的流体力学问题。
2. CFD在机械流体力学中的应用2.1. 空气动力学研究在飞机、汽车、火箭等交通工具的设计和优化中，空气动力学是一个重要的研究领域。
通过CFD模拟可以分析空气在物体表面的流动状态，以及产生的阻力、升力等参数。
这些数据可以用于改进设计、降低空气阻力，提高交通工具的性能。
2.2. 液体流动分析在液体传动设备、管道系统等机械工程中，液体流动的分析至关重要。
通过CFD模拟可以预测流速分布、压力分布、液体混合效果等参数。
这有助于设计优化和故障诊断，提高设备的效率和可靠性。
2.3. 热传导与对流热传导和对流是机械工程中的重要问题，涉及到热流动和温度分布等参数。
通过CFD模拟可以预测热传导和对流的强度、热交换效果等。
这有助于设计合适的冷却系统和热能利用设备，提高能源利用效率。
3. CFD模拟与实验研究的对比CFD模拟是一种基于计算机的数值方法，与实验研究相比具有其独特的优势和局限性。
3.1. 优势CFD模拟可以对流体力学问题进行快速、连续的求解。
与实验研究相比，它具有时间和经济成本上的优势。
计算流体动力学中网格生成技术的发展
计算流体动力学中网格生成技术的发展计算流体动力学作为计算机科学、流体力学、偏微分方程数学理论、计算几何、数值分析等学科的交叉融合，它的发展除依赖于这些学科的发展外，更直接表现于对网格生成技术、数值计算方法发展的依赖。
在计算流体动力学中，按照一定规律分布于流场中的离散点的集合叫网格（Grid），分布这些网格节点的过程叫网格生成（Grid Generation）。
网格生成对CFD至关重要，直接关系到CFD计算问题的成败。
1974年Thompson等提出采用求解椭圆型方程方法生成贴体网格，在网格生成技术的发展中起到了开创作用。
随后Steger等又提出采用求解双曲型方程方法生成贴体网格。
但直到二十世纪八十年代中期，相比于计算格式和方法的飞跃发展，网格生成技术未能与之保持同步发展。
因而从二十世纪八十年代开始，各国计算流体和工业界都十分重视网格生成技术的研究。
二十世纪九十年代以来迅速发展的非结构网格和自适应笛卡尔网格等方法，使复杂外形的网格生成技术呈现出了更加繁荣发展的局面。
现在网格生成技术已经发展成为CFD的一个重要分支，它也是计算流体动力学近二十年来一个取得较大进展的领域。
也正是网格生成技术的迅速发展，才实现了流场解的高质量，使工业界能够将CFD的研究成果——求解Euler/NS方程方法应用于型号设计中。
随着CFD在实际工程设计中的深入应用，所面临的几何外形和流场变得越来越复杂，网格生成作为整个计算分析过程中的首要部分，也变得越来越困难，它所需的人力时间已达到一个计算任务全部人力时间的60%左右。
在网格生成这一“瓶颈”没有消除之前，快速地对新外形进行流体力学分析，和对新模型的实验结果进行比较分析还无法实现。
尽管现在已有一些比较先进的网格生成软件，如ICEM、Gridgen、Gambit等等，但是对一个复杂的新外形要生成一套比较合适的网格，其需要的时间还是比较长，而对于设计新外形的工程人员来说，一两天是他们可以接受的对新外形进行一次分析的最大周期。
CFD多块网格生成新进展
CFD多块网格生成新进展
周天孝;白文
【期刊名称】《力学进展》
【年(卷),期】1999(29)3
【摘要】网格生成是计算流体力学的重要组成部分,多块网格在CFD实践中获得了广泛的应用．结合对网格生成技术规范和网格生成系统的讨论，综述了多块网格近年来的新进展，重点评述了网格拓扑和网格拼接技术（包括所谓的连续拼接、非结构拼接和广义拼接），完整飞机外形多块网格生成策略，自动分块技术以及相应的块合井技术，CAD和CFD之间的数据交换技术和基于NURBS的曲面网格生成技术，网格质量分析和控制技术，若干网格生成新方法，以及多块网格在航空气动力数值模拟中的应用．
【总页数】1页(P344)
【作者】周天孝;白文
【作者单位】
【正文语种】中文
【相关文献】
1.一种基于点云数据的复杂地形CFD网格生成方法 [J], 刘新新;甘勇;郑远攀
2.基于K3PREP的流体动力学计算(CFD)的块和网格生成规则 [J], 倪小丹;刘金武;高为国
3.流体机械CFD中的网格生成方法进展 [J], 刘厚林;董亮;王勇;王凯;路明臻
4.水轮机尾水管的多块网格生成与CFD分析 [J], 郭鹏程;罗兴琦;姬晋廷;郑小波
5.面向降落伞稳态CFD计算的网格生成方法研究 [J], 靳宏宇; 吴壮志; 王奇; 贾贺; 荣伟
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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。
网格生成是连接几何模型和数值算法的纽带,几何模型只有被划分成一定标准的网格时才能对其进行数值求解,一般而言,网格划分越密,得到的结果就越精确,但耗时也越多。
数值计算结果的精度及效率主要取决于网格及划分时所采用的算法[1],它和控制方程的求解是数值模拟中最重要的两个环节。
网格生成技术已经发展成为流体机械CFD的一个重要分支。
现有的网格生成方法主要分为结构化网格、非结构化网格和混合网格三大类。
收稿日期: 2009 11 04基金项目: 国家杰出青年基金(50825902);国家 863 计划(2006AA05Z250)2 结构化网格提出了结构化网格的概念。
结构化网格的优点是:节点与邻点关系可以依据网格编号的规律而自动得出;很容易地实现区域的边界拟合;网格生成的速度快、质量好、数据结构简单。
比较突出缺点是适用的范围比较窄,只适用于形状规则的图形。
结构化网格主要分为正交曲线坐标系中常规网格、对角直角坐标法、适体坐标法和块结构化网格[2、3]。
前两种方法是网格生成技术中最基本、最简单的网格生成方法,在此不再赘述,本文重点介绍BFC和块结构化网格生成方法。
2.1 BFC网格生成方法BFC方法可以看作是一种坐标变换,即把物理平面上的不规则区域变换成计算平面上的规则区域,使计算平面的点与物理平面的点建立一一对应关系,从而满足数值求解的需要。
BFC网格生成方法主要分为以下几类:(1)保角变换法(复变函数法)[4]该方法是将二维不规则区域利用保角变换理论变换成矩形区域,并通过矩形区域上的直角坐标网格构造二维不规则区域贴体网格。
其优点是能精确的保证网格的正交性,网格光滑性较好,在二维翼型计算中有广泛应用;缺点是对于比较复杂的边界形状,有时难以找到相应的映射关系式,且只能应用于二维网格。
(2)代数生成法代数生成法实际上是一种插值方法。
它主要是利用一些线性和非线性的、一维或多维的插值公式来生成网格。
其优点是应用简单、直观、耗时少、计算量小,能比较直观地控制网格的形状和密度;缺点是对复杂的几何外形难以生成高质量的网格。
(3)微分方程法微分方程法是七十年代以来发展起来的一种方法,基本思想是定义计算域坐标与物理域坐标之间的一组偏微分方程,通过求解这组方程将计算域的网格转化到物理域。
其优点是通用性好,能处理任意复杂的几何形状,且生成的网格光滑均匀,还可以调整网格疏密。
该方法是目前应用最广的一种结构化网格的生成方法,主要有椭圆型方程法、双曲型方程法和抛物型方程法。
以求解椭圆型偏微分方程组为基础的贴体网格生成思想最早是由W inslo w于1967年提出的。
1974年,Tho m pson、Tha m es及M arti n系统而全面地完成了这方面的研究工作,为贴体坐标技术在CFD中广泛应用奠定了基础[5]。
用椭圆型方程生成的贴体网格质量很高,而且计算时间增加不多,不仅能处理二维、三维问题,而且还能处理定常和非定常问题,如文献[6]应用该方法实现了双流道泵叶轮内三维贴体网格的自动生成。
此法是目前应用最广的生成网格的微分方程法,其优点是对不规则边界有良好的适应性,在边界附近可以保持网格的正交性而在区域内部整个网格都比较光顺;缺点是计算工作量大。
如果所研究的问题在物理空间中的求解域是不封闭的(如翼型绕流问题),此时可以采用双曲型偏微分方程来生成网格。
用双曲型偏微分方程来生成二维网格的方法是Steger和Chaussee于1980年提出的,随后,Steger和Z ick将该方法推广到三维情况[7]。
其优点是不用人为地定义外边界且可以根据需要直接调整网格层数;缺点是由于双曲型方程会传播奇异性,故当边界不光滑时,会导致生成的网格质量较差。
所以,该方法通常用于生成对外边界的位置要求不严的外流计算网格或嵌套网格。
采用抛物型方程来生成网格的思想是由N a-ka m ura于1982年提出来的,这种方法生成网格的过程为:从生成网格的Laplace或Po isson方程出发,对方程中决定其椭圆特性的那一项作特殊处理,从给定节点布置的初始边界(设为 =0)出发,在 =0及 =1的两边界上按设定的边界条件(即节点布置),一步一步地向 =1的方向前进[8]。
其优点是概念简单,通过一次扫描就生成了网格而不必采用迭代计算;同时又不会出现双曲型方程的传播奇异性问题。
2.2 块结构化网格生成方法块结构化网格,又称组合网格,是求解不规则区域内流动问题的一种重要网格划分方法,在流体机械CFD中有着较为广泛的应用[9、10]。
采用这种方法时,首先根据问题的条件把整个求解区域划分成几个子区域,每一子区域都用常规的结构化网格来离散,通常各区域中的离散方程都各自分别求解。
其优点是降低了网格生成的难度;可以在不同的区域选取不同的网格密度;便于采用并行算法来求解各块中的代数方程。
采用块结构化网格的关键在于不同块的交界处求解变量的信息如何高效、准确的传递。
3 非结构化网格3.1 非结构化网格概述非结构化网格技术主要弥补了结构化网格不能解决任意形状和任意连通区域的网格剖分的缺陷。
在这种网格中,单元与节点的编号无固定规则可遵循,而且每一个节点的邻点个数也不是固定不变的。
因此,非结构化网格中节点和单元的分布可控性好,能够较好地处理边界,适用于流体机械中复杂结构模型网格的生成。
非结构化网格生成方法在其生成过程中采用一定的准则进行优化判断,因而能生成高质量的网格,很容易控制网格大小和节点密度,它采用的随机数据结构有利于进行网格自适应,提高计算精度。
非结构化网格方法有两个缺点:(1)不能很好地处理粘性问题;(2)对于相同的物理空间,网格填充效率不高。