讓網(wǎng)格動起來（7）—網(wǎng)格光順

FLUENT中的網(wǎng)格光順(smoothing)主要采用兩種方法:彈簧光順與擴散光順。

其中彈簧光順包含有:彈簧光順、邊界層光順、拉普拉斯光順。

擴散光順分為:基于壁面距離的擴散光順與基于單元體積的擴散光順。

一、彈簧/拉普拉斯/邊界層光順

1、彈簧光順需要設置的參數(shù)

主要有四個參數(shù)需要設置:Spring Constant Factor(彈簧常數(shù)因子),Boundary Node Relaxation(邊界節(jié)點松弛),Convergence Tolerance(收斂精度),Number of Iterations(迭代次數(shù))。如圖中橙色框選部分。

2、各參數(shù)作用

彈簧常數(shù)因子:取值范圍[0,1]。可以通過該值來調(diào)整彈簧剛度的大小。該值為0表示彈簧間沒有阻尼,邊界運動會影響到更多的內(nèi)部節(jié)點。該參數(shù)的默認值為1。在實際應用中,若發(fā)現(xiàn)運動邊界附近網(wǎng)格堆積嚴重,可適當調(diào)小此參數(shù),將位移擴散出去。

邊界節(jié)點松弛:網(wǎng)格位置更新時使用的參數(shù)。取值范圍[0,1]。0表示沒有進行網(wǎng)格節(jié)點保持不變,1表示不使用松弛處理。該參數(shù)默認為1。調(diào)整該參數(shù)可以控制每次網(wǎng)格更新的節(jié)點位置。通常使用默認值即可。

迭代精度:網(wǎng)格節(jié)點位移值是通過求解平衡方程得到的。本參數(shù)即控制方程的求解精度。一般保持默認值。

迭代次數(shù):與迭代精度作用相同。用于平衡方程的求解控制。迭代方程如下。通常該參數(shù)保持默認即可。

3、彈簧光順方法的適應性(譯自用戶手冊)

(1)適用于任何變形或運動的單元或面域。更適用于四面體/三角形網(wǎng)格

(2)在非四面體/三角形網(wǎng)格域中,建議在以下一些情況下使用彈簧光順方法:(a)邊界運動在某一方向上具有明顯優(yōu)勢(b)運動主要沿運動邊界的法向方向。

其它的非四邊形/非四面體網(wǎng)格域(尤其是多面體網(wǎng)格域),建議使用擴散光順方法。

注意:默認情況下,在非四面體/四邊形網(wǎng)格上,彈簧光順方法是關閉的。用戶可以使用TUI命令激活:define > dynamic-mesh > controls > smoothing-paramters > spring-on-all-shapes?

二、擴散光順

1、擴散光順

擴散光順是通過求解擴散方程來獲得網(wǎng)格節(jié)點的位移的。

只有一個參數(shù)需要設置:擴散參數(shù)α。

擴散系數(shù)是通過擴散參數(shù)得到的。如下兩公式求得擴散系數(shù)γ。

與,式中的d為壁面正則距離,v為正則體積。

用戶可以通過TUI命令設置迭代次數(shù)與收斂精度。通常很少進行設置。

define > dynamic-mesh > controls > smoothing-parameters > max-iter
define > dynamic-mesh > controls > smoothing-parameters > relative-convergence-tolerance

2、基于壁面距離的網(wǎng)格擴散光順

基于壁面距離的擴散光順允許用戶將邊界網(wǎng)格運動擴散至內(nèi)部節(jié)點的規(guī)律定義為壁面距離的函數(shù)。減少遠離運動邊界的擴散能夠使這些區(qū)域吸收更多的網(wǎng)格運動,同時更好的保持運動壁面附近的網(wǎng)格質(zhì)量。

用戶可以通過調(diào)整diffusion parameter來控制網(wǎng)格擴散,該參數(shù)的取值范圍[0,2]。該參數(shù)默認為0,意味著擴散參數(shù)為1,也即整個計算域采用相同程度的擴散。

擴散參數(shù)越大,則更多的保持近壁面網(wǎng)格,遠離運動邊界的位置將吸收更多的網(wǎng)格運動。

對于邊界旋轉運動,通常將擴散參數(shù)設置為1.5

默認情況下,fluent使用標準壁面距離。該方法使用最近的壁面邊界進行正則化。請注意此方法是不包括其它邊界類型(如inlet,outlet,symmetry,周期邊界等),只使用wall壁面邊界。用戶可以使用"generalized“壁面距離,該方法使用一切未聲明為變形的邊界,而不管邊界的類型。兩種方法均使用所有變形網(wǎng)格區(qū)域中發(fā)現(xiàn)的最大距離進行正則化。

用戶可以使用TUI命令設置fluent使用廣義邊界:

define>dynamic-mesh>controls>smoothing-parameters>boundary-distance-method

3、基于單元體積的網(wǎng)格擴散光順

• 允許用戶將邊界運動擴散至內(nèi)部區(qū)域定義為單元尺寸的函數(shù)。在大網(wǎng)格上減小擴散助于使這些網(wǎng)格吸收更多的網(wǎng)格變形,能更好的保持小體積單元的網(wǎng)格質(zhì)量。
• 與基于壁面距離的網(wǎng)格擴散相同,用戶也可通過調(diào)整擴散參數(shù)來控制擴散系數(shù)。默認擴散參數(shù)為0表示采用統(tǒng)一的擴散。更大的擴散參數(shù)將會使更大的體積的網(wǎng)格吸收更多的變形。
• 擴散參數(shù)取值范圍:[0,2]

4、擴散光順方法的適應性

• 能夠應用于任何類型的運動或變形網(wǎng)格。
• 擴散光順方法比彈簧光順計算開銷要大(隱式求解擴散方程。而彈簧光順是顯式計算節(jié)點位移),但是能夠得到較好的網(wǎng)格質(zhì)量(特別是對于非四面體/非三角形網(wǎng)格及多面體網(wǎng)格)。
• 更適合于平移運動。
• 擴散光順方法與邊界層光順方法及面區(qū)域重構方法不兼容。