多層級(jí)網(wǎng)格劃分技術(shù)如何做到便捷、高效？積鼎CFD大幅減少前處理時(shí)間

現(xiàn)今，仿真軟件前處理過(guò)程中遇到的最大問(wèn)題是仿真工程師手動(dòng)設(shè)置的參數(shù)較多，操作較為復(fù)雜，且前處理時(shí)間占全仿真操作用時(shí)至少70%。幾何模型越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)細(xì)節(jié)的處理要求也越來(lái)越高。自動(dòng)便捷的網(wǎng)格生成、生成的網(wǎng)格好壞成為了仿真軟件前處理部分的主要競(jìng)爭(zhēng)目標(biāo)。

多層級(jí)網(wǎng)格劃分

多層級(jí)網(wǎng)格劃分為自動(dòng)網(wǎng)格劃分所使用的方法之一，常見(jiàn)的多層級(jí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括叉樹(shù)式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及塊狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

叉樹(shù)式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

塊狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

多層級(jí)網(wǎng)格的計(jì)算方式為復(fù)合網(wǎng)格的迭代計(jì)算。由于細(xì)網(wǎng)格的截?cái)嗾`差較粗網(wǎng)格小，可以映射到粗網(wǎng)格層級(jí)上，因此多層級(jí)網(wǎng)格可以降低計(jì)算誤差。

復(fù)合網(wǎng)格的迭代計(jì)算示意圖

以上圖為例，復(fù)合網(wǎng)格中，網(wǎng)格大小H的粗網(wǎng)格覆蓋全域，網(wǎng)格大小h的細(xì)網(wǎng)格覆蓋局部。計(jì)算完粗網(wǎng)格層級(jí)的流體方程后，粗網(wǎng)格將給予細(xì)網(wǎng)格邊界條件，通過(guò)此邊界條件再對(duì)細(xì)網(wǎng)格覆蓋區(qū)域進(jìn)行流體方程計(jì)算。計(jì)算完成后，粗網(wǎng)格層級(jí)的截?cái)嗾`差需要修正。具體方法如下：

未加密區(qū)域粗網(wǎng)格點(diǎn)集ΩcH無(wú)需修正

加密區(qū)域內(nèi)粗網(wǎng)格點(diǎn)集ΩlH將上一迭代步的相同位置處細(xì)網(wǎng)格流場(chǎng)值賦予粗網(wǎng)格

交界面 Γ 上的粗網(wǎng)格點(diǎn)集 ΓH以 ΓH為中心的粗網(wǎng)格控制體的通量計(jì)算，考慮細(xì)網(wǎng)格尺度上的通量Fh的矯正

網(wǎng)格劃分過(guò)程中所使用的算法為B-R域分解算法。對(duì)于每一個(gè)劃分域，先統(tǒng)計(jì)每一個(gè)方向需要進(jìn)行劃分的網(wǎng)格，尋找每一個(gè)方向此值的變化最為劇烈之處，進(jìn)行網(wǎng)格劃分直到每一個(gè)新創(chuàng)建的計(jì)算域滿(mǎn)足設(shè)定的需求參數(shù)。

具體實(shí)現(xiàn)

選定某一特征值，例如渦量、相含率變化率、固體邊界距離等，此類(lèi)特征值在變化較為劇烈的網(wǎng)格處，通常截?cái)嗾`差較高，因此需要多層級(jí)網(wǎng)格加密，以降低誤差，增加仿真的精準(zhǔn)度。

以固體邊界距離為例，以下案例中，需要對(duì)固體邊界部分進(jìn)行多層級(jí)劃分，而對(duì)固體內(nèi)部部分不進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

輸入?yún)?shù)：

最高層級(jí)，即最細(xì)網(wǎng)格所處層級(jí)。

緩沖層，表明細(xì)網(wǎng)格需要在粗網(wǎng)格范圍往內(nèi)縮進(jìn)多少個(gè)基礎(chǔ)單元的長(zhǎng)度。

劃分效率，表示真正需要被加密的網(wǎng)格占該區(qū)域網(wǎng)格數(shù)目的比例。

劃分核數(shù)，即此次網(wǎng)格劃分所需使用的核數(shù)。

參數(shù)輸入完成后即可進(jìn)行一鍵劃分。

多層級(jí)劃分算例1

多層級(jí)劃分算例1結(jié)果

多層級(jí)劃分算例2

多層級(jí)劃分算例2結(jié)果

可以看出網(wǎng)格在固體邊界的周?chē)玫搅思用?，可以使此部分截?cái)嗾`差有效減少。

在軟件使用過(guò)程中，合理輸入?yún)?shù)便可快速自動(dòng)得完成網(wǎng)格劃分，為前處理過(guò)程節(jié)省了大量時(shí)間。在前處理網(wǎng)格劃分結(jié)束后，即可進(jìn)行邊界條件設(shè)置等操作，完成后即可運(yùn)行仿真程序，得到誤差更低的仿真結(jié)果。

積鼎科技成立于2008年，是專(zhuān)注流體仿真軟件研發(fā)和技術(shù)服務(wù)的高新技術(shù)企業(yè)，其自主研發(fā)的通用流體仿真軟件VirtualFlow，采用多層級(jí)網(wǎng)格劃分技術(shù)，前處理的工作量小，且數(shù)值計(jì)算更為穩(wěn)定精確。具備豐富的多相流模型，可模擬單相、多相流動(dòng)及非牛頓流體和水合物，基于MPI的并行算法，大大加快了計(jì)算速度，面向工業(yè)用戶(hù)提供專(zhuān)業(yè)可靠的流體仿真解決方案。

審核編輯 黃宇