被逼迫的創(chuàng)新：重疊網(wǎng)格

2017-03-12 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

“失敗通常會(huì)在CFD領(lǐng)域引起創(chuàng)新。NASA在重新審視他們的太空梭項(xiàng)目中的問題,其中最重要的問題就是CFD預(yù)測(cè)的結(jié)果和飛行經(jīng)驗(yàn)無法匹配。在這個(gè)團(tuán)隊(duì)中集結(jié)了各類來自NASA,工業(yè)以及學(xué)術(shù)界的CFD名人。他們推測(cè)是因?yàn)樗麄冞M(jìn)行了大量的幾何簡(jiǎn)化來增加網(wǎng)格質(zhì)量來增加求解穩(wěn)定性。在夜以繼日的研究中,NASA的項(xiàng)目組推進(jìn)了各種高級(jí)網(wǎng)格生成技術(shù),如軸圈網(wǎng)格(Collar Grid),重疊網(wǎng)格,漏洞自動(dòng)切分以及各種動(dòng)網(wǎng)格問題。通過這些技術(shù),CFD預(yù)測(cè)的結(jié)果和實(shí)驗(yàn)值匹配完美。”

--Nick Wyman

本期CFD界主要討論重疊網(wǎng)格(重疊網(wǎng)格)。首先來看看重疊網(wǎng)格算法使用的網(wǎng)格:

這讓我們看慣了結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的難以忍受,這網(wǎng)格質(zhì)量是0嘛!然而再看看我們重疊網(wǎng)格的流場(chǎng):

被逼迫的創(chuàng)新：重疊網(wǎng)格fluent培訓(xùn)的效果圖片2

愛上重疊網(wǎng)格的理由:

對(duì)于極為復(fù)雜的幾何,網(wǎng)格生成耗時(shí)且邊界條件定制復(fù)雜;
對(duì)于動(dòng)網(wǎng)格,重疊網(wǎng)格會(huì)保證最高的網(wǎng)格質(zhì)量;
重疊網(wǎng)格可以利用笛卡爾網(wǎng)格高效的特點(diǎn);

Zhirong Shen et al. 采用重疊網(wǎng)格計(jì)算的算例

重疊網(wǎng)格簡(jiǎn)介:

重疊網(wǎng)格使用多套彼此不相關(guān)的網(wǎng)格來覆蓋整個(gè)計(jì)算域。這些網(wǎng)格可以是任何形狀、類型、大小。唯一需要的彼此和彼此重疊來覆蓋整個(gè)計(jì)算域。并且在重疊網(wǎng)格中,某個(gè)部件的網(wǎng)格可以和其他的部件相滲入。由CFD求解程序來決定哪些網(wǎng)格點(diǎn)在計(jì)算域之內(nèi),哪些網(wǎng)格點(diǎn)是無用的且并不被用于計(jì)算。

重疊網(wǎng)格的這種特性大大簡(jiǎn)化了網(wǎng)格生成的過程,在重疊網(wǎng)格中,網(wǎng)格完全可以依據(jù)某個(gè)局部的構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)并進(jìn)行充分的包圍。甚至可以依據(jù)CFD模型來對(duì)某些區(qū)域(湍流轉(zhuǎn)變區(qū))生成特定的網(wǎng)格。目前已經(jīng)被證實(shí)在傳統(tǒng)的算法中,為了講網(wǎng)格和某些局部構(gòu)件進(jìn)行貼合會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)格質(zhì)量下降以及容易導(dǎo)致發(fā)散。通過重疊網(wǎng)格算法,這些問題顯而易見的被解決了。

重疊網(wǎng)格生成的過程通常分為2個(gè)部分:背景網(wǎng)格,近構(gòu)件網(wǎng)格。近構(gòu)件網(wǎng)格主要對(duì)構(gòu)件(幾何)進(jìn)行解析。得益于結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的效率和精度通常使用六面體結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。

依然任重道遠(yuǎn):

重疊網(wǎng)格作為一種另類的求解技術(shù),在20年后依然會(huì)是一個(gè)很好的選擇么?在這里需要談?wù)勚丿B網(wǎng)格的優(yōu)缺點(diǎn)。從用戶角度來看,重疊網(wǎng)格的缺點(diǎn)在于非常難于學(xué)習(xí),并且重疊網(wǎng)格會(huì)導(dǎo)致某些面產(chǎn)生雙值問題。但正如上文所述,優(yōu)點(diǎn)也顯而易見。最起碼從NASA的經(jīng)驗(yàn)來看,對(duì)太空梭模擬,重疊網(wǎng)格最好不過!

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