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FLUENT教程 网格的读入和使用 FLUENT可以从输入各种类型,各种来源的网格。你可以通过各种手段对网格进行修改,如:转换和调解节点坐标系,对并行处理划分单元,在计算区域内对单元重新排序以减少带宽以及合并和分割区域等。你也可以获取网格的诊断信息,其中包括内存的使用与简化, 网格的拓扑结构,解域的信息。你可以在网格中确定节点、表面以及单元的个数,并决定计算区域内单元体积的最大值和最小值,而且检查每一单元内适当的节点数。以下详细叙述了FLUENT关于网格的各种功能。(请参阅网格适应一章以详细了解网格适应的具体内容。)网格拓扑结构 FLUENT是非结构解法器,它使用内部数据结构来为单元和表面网格点分配顺序,以保持临近网格的接触。因此它不需要i,j,k指数来确定临近单元的位置。解算器不会要求所有的网格结构和拓扑类型,这使我们能够灵活使用网格拓扑结构来适应特定的问题。二维问题,可以使用四边形网格和三角形网格,三维问题,可以使用六面体、四面体,金字塔形以及楔形单元,具体形状请看下面的图形。FLUENT可以接受单块和多块网格,以及二维混合网格和三维混合网格。另外还接受FLUENT有悬挂节点的网格(即并不是所有单元都共有边和面的顶点),有关悬挂节点的详细信息请参阅“节点适应”一节。非一致边界的网格也可接受(即具有多重子区域的网格,在这个多重子区域内,内部子区域边界的网格节点并不是同一的)。详情请参阅非一致网格 Figure 1: 单元类型 可接受网格拓扑结构的例子 正如网格拓扑结构一节所说,FLUENT可以在很多种网格上解决问题。图1—11所示为FLUENT的有效网格。O型网格,零厚度壁面网格,C型网格,一致块结构网格,多块结构网格,非一致网格,非结构三角形,四边形和六边型网格都是有效的。Note that while FLUENT does not require a cyclic branch cut in an O-type grid,it will accept a grid that contains one. Figure 1: 机翼的四边形结构网格 Figure 2:非结构四边形网格 Figure 3: 多块结构四边形网格 Figure 4: O型结构四边形网格 Figure 5: 降落伞的零厚度壁面模拟 Figure 6: C型结构四边形网格 Figure 7:三维多块结构网格 Figure 8: Unstructured Triangular Grid for an Airfoil Figure 9:非结构四面体网格 Figure 10:具有悬挂节点的混合型三角形/四边形网格 Figure 11:非一致混合网格for a Rotor-Stator Geometry 选择适当的网格类型 FLUENT在二维问题中可以使用由三角形、四边形或混合单元组成的网格,在三维问题中可以使用四面体,六面体,金字塔形以及楔形单元,或者两种单元的混合。网格的选择依赖于具体的问题,在选择网格的时候,你应该考虑下列问题: ●初始化的时间 ●计算花费 ●数值耗散 后面将会详细讨论各种类型网格的特点。 初始化的时间 很多实际问题是具有复杂几何外形的,对于这些问题采用结构网格或块结构网格可能要花费大量的时间,甚至根本无法得到结构网格。复杂几何外形初始化时间的限制刺激了人们在非结构网格中使用三角形网格和四面体网格。然而,如果你的几何外形并不复杂的话,两种方法所耗费的时间没有明显差别 如果你已经有了结构网格代码如FLUENT 4生成的网格,那么在FLUENT中使用该网格会比重新生成网格节约大量的时间。这一特点也刺激了人们在FLUENT仿真中使用四边形网格和六面体网格。注意:FLUENT有一个格式转换器允许你从其它程序中读入结构网格。 计算花费 当几何外形太复杂或者流动的长度尺度太大时,三角形网格和四面体网格所生成的单元会比等量的包含四边形网格和六面体网格的单元少得多。这是因为三角形网格和四面体网格允许单元聚集在流域的所选区域,而四边形网格和六面体网格会在不需要加密的地方产生单元。非结构的四边形网格和六面体网格为对于一般复杂外形提供了许多三角形和四面体网格的优点。 四边形和六边形单元的一个特点就是它们在某些情况下可以允许比三角形/四面体单元更大的比率。三角形/四面体单元的大比率总会影响单元的歪斜。因此,如果你有相对简单的几何外形,而且流动和几何外形很符合,比如长管,你就可以使用大比率的四边形和六边形单元。这种网格可能会比三角形/四面体网格少很多单元。 数值耗散 多维条件下主要的误差来源就是数值耗散又被称为虚假耗散(之所以被称为虚假的,是因为耗散并不是真实现象,而是它和真实耗散系数影响流动的方式很类似)。 关于数值耗散有如下几点: ●当真实耗散很小时,即对流占主导地位时,数值耗散是显而易见的。 ●所有的解决流体问题的数值格式都会有数值耗散,这是因为数值耗散来源于截断误差, 截断误差是描述流体流动的离散方程导致的。 ●FLUENT中所用的二阶离散格式可以帮助减少解的数值耗散的影响。 ●数值耗散量的大小与网格的分辨率成反比。因此解决数值耗散问题的一个方法就是精化 网格。 ●当流动和网格成一条直线时数值耗散最小(所以我们才要使用结构网格来计算啊) 最后一点和网格选择最有关系。很明显,使用三角形/四面体网格流动永远不会和网格成一条直线,而如果几何外形不是很复杂时,四边形网格和六面体网格可能就会实现流动和网格成一条线。只有在简单的流动,如长管流动中,你才可以使用四边形和六面体网格来减少数值耗散,而且在这种情况下使用四边形和流面体网格有很多优点,因为与三角形/四面体网格相比你可以用更少的单元得到更好的解。 网格所需条件和所要考虑的问题 本节讨论了特殊几何图形和网格的必要条件以及网格质量的一般评价方法。. 几何图形和网格的必要条件 在计划解决你的问题的开始,应该注意下面的几何图形设定以及网格结构的必要条件。 ●对于轴对称图形来说,必须定义笛卡尔坐标系的x轴为旋转轴(Figure 1). Figure 1:轴对称图形必须以x 轴为中线 周期性边界条件要具有周期性网格,虽然GAMBIT 和TGrid 能够产生真正的周期性边 界,但是GeoMesh 和大多数CAD 软件包是无法产生周期性边界条件的。如果下面的条件需要满足的话,TGrid 提供了GeoMesh 和大多数CAD 软件产生的三角形表面网格生成周期性边界的功能。 1. 周期及其内部在它们的边界曲线上有相同的节点分布。 2. 周期及其内部的节点与常数平动因子和转动因子有关。 详情请见GAMBIT 和TGrid 的帮助文件。 如果你用GeoMesh 和大多数CAD 软件产生四边形网格和六面体网格,你必须保证在周期性区域内的网格是相同的。然后便可以在FLUENT 中使用make-periodic 命令建立周期性边界。详细内容请参阅“创建周期性区域”一节。(你能够在解算器中对三角形或四面体网格创建周期性边界条件而不用上面所述的TGrid 来创建) 网格质量 网格质量对计算精度和稳定性有很大的影响。网格质量包括:节点分布,光滑性,以及歪斜的角度(skewness )。 节点密度和聚集度 连续性区域被离散化使得流动的特征解(剪切层,分离区域,激波,边界层和混合区域)与网格上节点的密度和分布直接相关。在很多情况下,关键区域的弱解反倒戏剧化的成了流动的主要特征。比如:由逆压梯度造成的分离流强烈的依靠边界层上游分离点的解。 边界层解(即网格近壁面间距)在计算壁面剪切应力和热传导系数的精度时有重要意义。这一结论在层流流动中尤其准确,网格接近壁面需要满足: 1≤∞vx u y p 其中 p y = 从临近单元中心到壁面的距离;∞u =自由流速度 ;v = 流体的动力学粘性系数 ;X = 从边界层起始点开始沿壁面的距离。上面的方程基于零攻角层流流动的Blasius 解[139]。 网格的分辨率对于湍流也十分重要。由于平均流动和湍流的强烈作用,湍流的数值计算 结果往往比层流更容易受到网格的影响。在近壁面区域,不同的近壁面模型需要不同的网格分辨率。 一般说来,无流动通道应该用少于5个单元来描述。大多数情况需要更多的单元来完全解决。大梯度区域如剪切层或者混合区域,网格必须被精细化以保证相邻单元的变量变化足够小。不幸的是要提前确定流动特征的位置是很困难的。而且在复杂三维流动中,网格是要受到CPU时间和计算机资源的限制的。在解运行时和后处理时,网格精度提高,CPU和内存的需求量也会随之增加。自适应网格技术可用于在流场的发展基础上提高和/或减少网格密度,并因此而提供了网格使用更为经济的方法。 光滑性 临近单元体积的快速变化会导致大的截断误差。截断误差是指控制方程偏导数和离散估计之间的差值。FLUENT可以改变单元体积或者网格体积梯度来精化网格从而提高网格的光滑性 单元的形状 单元的形状(包括单元的歪斜和比率)明显的影响了数值解的精度。单元的歪斜可以定义为该单元和具有同等体积的等边单元外形之间的差别。单元的歪斜太大会降低解的精度和稳定性。比方说:四边形网格最好的单元就是顶角为90度,三角形网格最好的单元就是顶角为60度。比率是表征单元拉伸的度量。正如在计算花费一节所讨论的,对于各向异性流动,过渡的比率可以用较少的单元产生较为精确的结果。但是一般说来应该尽量避免比率大于5:1。 流动流场相关性 分辨率、光滑性、单元外形对于解的精度和稳定性的影响强烈的依赖于所模拟的流场。例如:在流动开始的区域可以忍受过渡歪斜的网格,但是在具有大流动梯度的区域这一特点可能会使得整个计算无功而返。因为大梯度区域是无法预先知道的,所以我们只能尽量的使整个流域具有高质量的网格。 网格的读入。 FLUENT能够处理大量的具有不同结构的网格拓扑结构。因此我们有很多产生网格的工具,比如:GAMBIT,TGrid,GeoMesh,preBFC,ICEMCFD,I-DEAS,NASTRAN, PATRAN,ARIES,ANSYS,以及其它的前处理器,或者使用FLUENT/UNS,RAMPANT,以及FLUENT 4 case文件中包含的网格,你也可以准备多个网格文件,然后把它们结合在一起创建一个网格。 GAMBIT网格文件 你可以使用GAMBIT创建二维和三维结构/非结构/混合网格。详细内容请参阅GAMBIT 建模向导,并将你的网格输出为FLUENT 5格式。所有的这样的网格都可以直接读入到FLUENT,菜单:File/Read/Case... GeoMesh 网格文件 你可以使用GeoMesh创建二维四边形网格或三角形网格以及三维六面体网格和三维四面体网格的三角网格面。具体请参阅GeoMesh用户向导。要完成三维四面体网格的创建你必须把表面网格读入到TGrid然后产生体网格。其它的网格都可以直接读入到FLUENT:菜单File/Read/Case...。 TGrid 网格文件 你可以用TGrid从边界或表面网格产生二维或三维非结构三角形/四面体网格。具体方法请参阅TGrid用户向导。在FLUENT中你可以点击File/Write/Mesh...菜单保存网格。读入网格请点击File/Read/Case...菜单,具体内容参阅读入网格文件一节。 preBFC 网格文件 你可以用preBFC产生两种FLUENT所使用的不同类型的网格:结构四边形/六面体网格和非结构三角形/四面体网格。下面详细介绍一下。 结构网格文件 要产生二维或者三维结构网格请参阅preBFC用户向导的第六章和第七章。产生的网格将包括四边形网格(二维)六面体网格(三维)单元。请记住要指定不多于70个壁面单元和不多于35个入口单元。读入网格请点击菜单:File/Import/preBFC Structured Mesh...。要手动将preBFC格式的网个文件转换到FLUENT格式,请输入以下命令:tfilter fl42seg inputflile outputfile。这样输出文件就可以点击菜单File/Read/Case...读入到FLUENT中了非结构三角形网格和四面体网格文件 产生二维非结构网格请参阅preBFC用户向导的第八章。并且你可以用MESH-RAMPANT/TGRID命令将网个文件保存为RAMPANT格式,因为目前的FLUENT 格式和RAMPANT格式相同。所产生的网格会包含三角元。要读入网格点击菜单File/Read/Case...。要产生三维非结构网格请参阅preBFC用户向导的第八章有关表面网格生成的内容。然后你可以将表面网格读入到TGrid,在TGRID中完成网格的生成。更多信息请参阅TGrid 网格文件一节。 ICEMCFD 网格文件 ICEMCFD可以创建FLUENT 4的结构网格和RAMPANT格式的非结构网格。读入三角形和四面体ICEMCFD体网格,你需要光滑和交换网格以提高该网格的质量。 第三方CAD软件包产生的网格文件 FLUENT可以使用fe2ram格式转换器从其它的CAD软件包读入网格,如:I-DEAS, NASTRAN,PATRAN,以及ANSYS。 I-DEAS Universal文件 对于该种文件,我们有三种转换方法来使FLUENT读入I-deas文件。 1.你可以使用一个包含三角形、四边形、四面体、楔形或者六面体单元的I-DEAS生成的 表面或体网格文件。用适当的命令并且遵守TGrid用户向导附录B所属的规则可以将它们读入到TGrid中,然后在TGrid中完成网格的生成(必要的话)。 2.你可以用线性的三角形,四边形,四面体,楔形或者六面体单元产生I-DEAS体网格。 然后直接用菜单File/Import/IDEAS Universal...将网格读入FLUENT中。 3.你可以用线性的三角形,四边形,四面体,楔形或者六面体单元产生I-DEAS体网格, 然后用格式转换器fe2ram将Universal文件转换为FLUENT格式。具体转换方法会在相关章节介绍,请参阅相关目录查找。转换之后的文件可以点击菜单File/Read/Case...读入网格。 FLUENT网格可以识别如下Universal文件的数据表: 节点坐标数据表数15,781,2411。 单元数据表数780或者2412 参数组数据表数752,2417,2429 对于二维体网格,单元必须存在于坐标为常数的z平面。 注意:网格面积/体积不能被识别。这意味着将多重网格面积/体积写进一个Universal 文件会使FLUENT弄混。 在I-DEAS节点是用Group组织来创建边界表面区域。在FLUENT中,边界条件被应用到每一个区域。在同一组中包含节点的表面被集合到单一区域。因此不要将内部节点和边 界节点放到同一组是很重要的。 在曲线上或网格面上自动生成组是一个技巧,这样,在FLUENT中每一个曲线或网格区域都将在不同区域。你也可以手动创建组,生成的组是由所有和给定的二维曲线或三维网格面相关的节点组成。 用GROUPE命令可以将I-DEAS中的元素组成一组来创建多重单元区域。在FLUENT 中所有的元素组被组织到一起放到同一个单元中。如果元素未被组织,FLUENT会将所有的单元放到同一区域。 创建网格时,I-DEAS可能会在创建单元时产生两层或者重合节点。这些节点必须在读入FLUENT之前在I-DEAS中去掉 NASTRAN 文件 有三种方法将NASTRAN文件读入FLUENT: 1.你可以使用一个包含三角形、四边形、四面体、楔形或者六面体单元的NASTRAN生 成的表面或体网格文件。用适当的命令并且遵守TGrid用户向导附录B所属的规则可以将它们读入到TGrid中,然后在TGrid中完成网格的生成(必要的话)。 2.你可以用线性三角形,四边形,四面体,楔形或者六面体单元产生NASTRAN 体网格。 然后直接用菜单File/Import/NASTRAN..将网格读入FLUENT中。 3.你可以用线性的三角形,四边形,四面体,楔形或者六面体单元产生NASTRAN体网 格,然后用格式转换器fe2ram将NASTRAN文件转换为FLUENT格式。具体转换方法会在相关章节介绍,请参阅相关目录查找。转换之后的文件可以点击菜单File/Read/Case...读入网格。 用上述第二种或第三种方法读入三角形或四面体NASTRAN体网格时,你需要光滑和交换网格以提高该网格的质量。 FLUENT可以识别下面的NASTRAN文件数据表: GRID 单精度节点坐标 GRID* 双精度节点坐标 CBAR 线元 CTETRA,CTRIA3 四面体和三角元 CHEXA,CQUAD4,CPENTA 六面体,四边形和楔形元 对于二维体网格,单元必须是在坐标为常数的z平面。创建网格时,可能会在创建单元时产生两层或者重合节点。这些节点必须在读入FLUENT之前在NASTRAN中去掉。 PATRAN Neutral文件 该文件输入到FLUENT中有三种方法。 1.你可以使用一个包含三角形、四边形、四面体、楔形或者六面体单元的PA TRAN生成 的表面或体网格文件。用适当的命令并且遵守TGrid用户向导附录B所属的规则可以将它们读入到TGrid中,然后在TGrid中完成网格的生成(必要的话)。 2.你可以用线性三角形,四边形,四面体,楔形或者六面体单元产生PATRAN 体网格。 然后直接用菜单File/Import/ PA TRAN...将网格读入FLUENT中。 3.你可以用线性的三角形,四边形,四面体,楔形或者六面体单元产生PATRAN体网格, 然后用格式转换器fe2ram将PA TRAN文件转换为FLUENT格式。具体转换方法会在相关章节介绍,请参阅相关目录查找。转换之后的文件可以点击菜单File/Read/Case...读入网格。 用上述第二种或第三种方法读入三角形或四面体PA TRAN体网格时,你需要光滑和交换网格以提高该网格的质量。 FLUENT可以识别下面的PATRAN文件数据表: 节点数据Packet Type 01 单元数据Packet Type 02 名字组成Packet Type 21 对于二维体网格,单元必须是在坐标为常数的z平面。在PATRAN中,单元是用Named Component命令组成一组来创建多重单元区域。在FLUENT中,所有组在一起的元素都被放在一个单元区域。如果元素没有被分组,FLUENT会自动把所有的单元放进一个区域。ANSYS Prep7文件 该文件输入到FLUENT中有三种方法。 1.你可以使用一个包含三角形、四边形、四面体、楔形或者六面体单元的ANSYS或ARIES PATRAN生成的表面或体网格文件。用适当的命令并且遵守TGrid用户向导附录B所属的规则可以将它们读入到TGrid中,然后在TGrid中完成网格的生成(必要的话) 2.你可以用线性三角形,四边形,四面体,楔形或者六面体单元产生PATRAN 体网格。 然后直接用菜单File/Import/ANSYS...将网格读入FLUENT中。 3.你可以用线性的三角形,四边形,四面体,楔形或者六面体单元产生ANSYS体网格, 然后用格式转换器fe2ram将ANSYS Prep7文件转换为FLUENT格式。具体转换方法会在相关章节介绍,请参阅相关目录查找。转换之后的文件可以点击菜单File/Read/Case... 读入网格。 用上述第二种或第三种方法读入三角形或四面体PA TRAN体网格时,你需要光滑和交换网格以提高该网格的质量。 FLUENT可以识别下面的Prep7文件数据表: N 节点数据 EN 带有单元标志的单元数据 NSEL 节点选择 ESEL 单元选择 单元必须是STIF63线性内核的单元。除此之外,如果单元数据没有明显的标志,转换器会在创建区域时假定单元的编号。 使用fe2ram转换器转换文件 如果你打算手动转换CAD文件然后再读入到FLUENT,你可以输入下面的命令: tfilter fe2ram [dimension] format [zoning] input-file output-file 其中方括号括起来的是可选内容(输入时不要加方括号)。维数表示数据表的维数。-d2表示网格是二维的。如果不输入维数则默认为三维网格。格式表示你要转换文件的格式-tANSYS表示ANSYS文件,-tIDEAS表示I-DEAS文件,-tNASTRAN表示NASTRAN文件,-tPATRAN表示PA TRAN文件。要检查文件是否是从任何其它的CAD软件包转换来的请输入:tfilter fe2ram -cl –help。Zoning表示CAD软件包有多少个区域被标识。-zID表示区域被正确标识,-zNONE表示忽略所有的区域组。对于被分组的网格区域,zoning向不需要输入任何东西,因为这种情况是默认的。input-file和output-file分别为需要转换的文件和转换后的文件名。 例如,你要将二维I-DEAS体网格文件sample.unv转换为sample.grd你就需要键入下面的命令:tfilter fe2ram -d2 -tIDEAS sample.unv sample.grd。 FLUENT/UNS和RAMPANT的Case文件 FLUENT/UNS 3或4的case文件或者RAMPANT 2, 3,或4的case文件中的网格可以通过菜单File/Read/Case...读入到FLUENT FLUENT 4 Case文件 如果你有FLUENT 4 Case文件,而且想要在FLUENT仿真中使用相同的文件你可以点击菜单File/Import/FLUENT 4 Case...,这样FLUENT 4 case文件的网格信息和区域类型就被读入了。 注意:FLUENT 4可能会在预测压力边界条件方面与目前的FLUENT版本不同。这个时候需要检查转换信息看看是否需要修改边界类型。如果要手动转换,可以使用如下命令: tfilter fl42seg input-filename output-filename。转换之后你可以点击菜单File/Read/Case...将文件读入到FLUENT。 FIDAP 7 Neutral文件 如果你有FIDAP 7 Neutral文件,而且想要在FLUENT仿真中使用相同的文件你可以点击菜单File/Import/FIDAP7...,这样FLUENT 4 case文件的网格信息和区域类型就被读入了。如果要手动转换,可以使用如下命令:tfilter fe2ram [dimension] -tFIDAP7 input-file output-file,其中方括号内容是可以选择的-d2表示二维文件,默认为三维。转换之后你可以点击菜单File/Read/Case...将文件读入到FLUENT。 读入多重网格文件 有些情况下你可能会需要从计算区域读入多重网格文件(子域)。下面就是一些例子。 ●如果你要解多块网格,你可以用网格生成器分别生成每块网格并分别保存 ●对于复杂形状来说,分块保存网格效率更高一些 注意:在分离网格交界处你不必保证网格节点在同一位置。FLUENT可以处理非一致网格边界。读入多重网格的步骤如下: 1.在网格生成器中生成整个区域的网格,将每个单元区域保存成一个网格文件 2.如果你所要输入的一个或多个网格是结构网格,你首先要使用转换器fl42seg转换为 FLUENT所能识别的格式。 3.在启动解算器之前你要用TGrid或者tmerge转换器将网格合并成一个网格文件。TGrid 方法更为方便,但是tmerge转换器允许你在合并之前旋转,标定和/或平移网格。 使用网格的程序如下: 1.将所有的网格文件读入TGrid。读入之后TGrid会自动合并网格。 2.保存合并后的网格文件 详细内容请参阅Tgrid用户向导相关内容。 使用tmerge转换器,请参阅下面的步骤: 1.输入tfilter tmerge3d (对三维网格)或者tfilter tmerge2d (对二维网格). 2.提示的时候,指定输入网格的文件名(分离网格文件)和保存为完整网格的输出文件名。 对于每一个输入网格,你可以指定标度因子,平抑距离和/或旋转角度。下面的例子是既没有标度也没有平移和旋转的情况。 user@mymachine:>tfilter tmerge2d Starting /Fluent.Inc/tfilter2.5/ultra/tmerge2d/tfilter.2.0.16 Append 2D grid files. tmerge2D Fluent Inc, Version 2.0.16 Enter name of grid file (ENTER to continue):my1.msh x,y scaling factor, eg. 1 1 : 1 1 x,y translation, eg. 0 1 : 0 0 rotation angle (deg), eg. 45 : 0 Enter name of grid file (ENTER to continue):my2.msh x,y scaling factor, eg. 1 1 : 1 1 x,y translation, eg. 0 1 : 0 0 rotation angle (deg), eg. 45 : 0 Enter name of grid file (ENTER to continue): Enter name of output file :final.msh Reading... node zone: id 1, ib 1, ie 1677, typ 1 node zone: id 2, ib 1678, ie 2169, typ 2 done. Writing... 492 nodes, id 1, ib 1678, ie 2169, type 2. 1677 nodes, id 2, ib 1, ie 1677, type 1. done. Appending done. 在上面例子中,既没有标度也没有平移和旋转,你就可以简化为下面的步骤: tfilter tmerge2d -cl -p my1.msh my2.msh final.msh 3. 将合并后的网格读入到解算器中。 `对于一致网格,如果你不想要临近单元区域之间的边界,你可以使用Fuse Face Zones 面板将重叠的边界合并。匹配面就会被移动到具有内部边界类型的区域。如果所有的表面所在的最初的区域被移到新的区域,最初的区域将会作废。 如果你计划是用滑动网格,或者在临近单元之间有非一致边界,你不应该合并重合的区域,你必须将重合区域的边界类型改为界面 非一致网格 在FLUENT中可能会遇到具有非一致边界的区域组成的网格。也就是说,两个字区域的交界处网格节点位置并不相同。FLUENT处理这类网格的技巧和滑移网格模型的技巧相同,虽然这类网格并不滑移。 非一致网格计算 要计算非一致边界的流动,FLUENT必须首先计算组成边界的界面区域的交叉点。交叉点产生了一个内部区域,在这个内部区域内,两个界面区域重叠(见Figure 1)。如果一个界面区域超出了另一个界面区域(见Figure 2)。FLUENT将会在两个区域不重叠的地方创建一个或两个附加的壁面区域。 Figure 1:完全重合网格界面交叉点 Figure 2: 部分重合网格界面交叉点 主要解决的方法在于,流过网格交接面的计算是使用两个界面区域交叉点的表面结果,而不是交界面区域表面。在Figure 3的例子中,界面区域由面A-B、B-C、D-E以E-F组成。这些区域的的交界面产生了面a-d、d-b、b-e以及e-c。产生在两个单元区域的重叠处的面(d-b, b-e, 以及e-c)被分组形成一个内部区域,剩下的面(a-d)形成壁面区域。要计算通过界面流入到单元IV的话,面D-E就被忽略了,而面d-b 和b-e 被使用,它们分别将信息从单元I和III带入到单元IV中。 Figure 3:二维非一致网格界面 非一致网格的所需条件与限制: ●如果两个交界面的边界具有相同的几何形状,网格界面可以是任何外形(包括三维中的 非平面表面)。如果网格中有尖锐的特征(比如90度的角),交界面的两边都应该遵从这一特征。 ●如果创建的是非一致边界分隔的区域组成的多重单元区域构成的网格,你必须保证每一 单元区域在非一致边界有清楚的界面。相邻单元区域的表面区域将会具有相同的位置和外形,但是其中一个会符合一个单元区域,另一个会符合另一个单元区域。(注意:此时也可能为每一个单元区域创建一个独立的网格文件,然后将它们合并。) ●必须定位网格文件以便它在两边都有流体单元。在流体和固体区域的交界处不能够有非 一致边界。 ●在创建非一致界面之前,所有的周期性区域必须正确定向(平移或旋转)。 ●对于三维问题,如果界面是周期性的,在相邻界面只能有一对周期性边界 使用非一致FLUENT/UNS和RAMPANT算例请参阅FLUENT/UNS或RAMPANT启动的相关内容。 在FLUENT中使用非一致网格 如果你的多重区域网格包括非一致边界,你必须遵循下面的步骤(首先要保证网格在FLUENT中可用)以保证FLUENT可以在你的网格上获取一个解。 1.将已经合并后的网格读入FLUENT。(如果还没合并请参阅有关网格合并的内容)。 2.将网格读入之后,将组成非一致边界的承兑区域的类型改为界面。菜单为 Define/Boundary Conditions...。 3.在网格界面面板中定义非一致网格界面(Figure 1),菜单为Define/Grid Interfaces...。 Figure 1: 网格界面面板 1.在网格界面区域输入界面的名字。 2.在界面区域的两个列表中制定组成网格界面的两个界面区域。注意:如果你的一个界面 区域比另一个小,你应该把较小的界面指定为界面区域一以提高交界面计算的精度。 3.对于周期性问题,点击界面类型选框以使其他类型无效。 4.点击创建按钮来创建新的网格界面 5.如果两个界面区域没有完全重合,检查边界的非重叠部分的边界区域类型。如果边界类 型不对,你可以用边界条件改变它。如果你创建的网格界面不正确,可以选中然后删除它(此时界面创建所产生的任何边界区域都会被删除)。然后你可以像通常一样处理问题 的设定。 从FLUENT/UNS或者RAMPANT Case开始 具有非一致界面的FLUENT/UNS和RAMPANT可以不加任何变化的用于FLUENT。然而你可能会想重新计算网格界面以利用FLUENT的优点提高交界面处的计算,此时你就不能简单的删除原来的网格界面然后重新计算,你必须使用define/grid-interfaces/recreatetext 命令。选择这个命令之后,FLUENT会在区域内重新创建所有网格界面,然后就可以像通常一样处理问题的设定。注意:如果你有非一致算例的FLUENT/UNS或者RAMPANT data 文件你必须在使用创建命令之前将它读入。 检查网格 FLUENT中的网格检查提供了区域扩展、体积统计、网格拓扑结构和周期性边界的信息,单一计算的确认以及关于X轴的节点位置的确认(对于轴对称算例)。蔡单为: Grid/Check。注意:我们推荐读入解算器之后检查网格的正确性,以在设定问题之前检查任何网格错误。 网格检查信息 网格检查信息会出现在控制台窗口。下面是一个例子。 Grid Check Domain Extents: x-coordinate: min (m) = 0.000000e+00, max (m) = 6.400001e+01 y-coordinate: min (m) = -4.538534e+00, max (m) = 6.400000e+01 V olume statistics: minimum volume (m3): 2.782193e-01 maximum volume (m3): 3.926232e+00 total volume (m3): 1.682930e+03 Face area statistics: minimum face area (m2): 8.015718e-01 maximum face area (m2): 4.118252e+00 Checking number of nodes per cell. Checking number of faces per cell. Checking thread pointers. Checking number of cells per face. Checking face cells. Checking face handedness. Checking element type consistency. Checking boundary types: Checking face pairs. Checking periodic boundaries. Checking node count. Checking nosolve cell count. Checking nosolve face count. Done. 区域范围列出了X、Y和Z坐标的最大值最小值,单位是米。体积统计包括单元体积的最大值、最小值以及总体积,单位是立方米。体积为负值表示一个或多个单元有不正确的连接。通常说来我们可以用Iso-Value Adaption确定负体积单元,并在图形窗口中察看它们。进行下一步之前这些负体积必须消除。 拓扑信息首先是每一单元的面和节点数。三角形单元应该有三个面和三个节点,四面体单元应该有四个面和四个节点,四边形单元应该有四个面和四个节点,六面体单元应该有六个面和八个节点。 下一步,每一区域的旋转方向将会被检测,区域应该包含所有的右手旋向的面。通常有负体积的网格都是左手旋项。在这些连通性问题没有解决之前是无法获得流动的解的。 最后的拓扑验证是单元类型的相容性。如果不存在混合单元(三角形和四边形或者四面体和六面体混合),FLUENT会确定它不需要明了单元类型,这样做可以消除一些不必要的工作。 对于轴对称算例,在x轴下方的节点数将被列出。对于轴对称算例来说x轴下方是不需有节点的,这是因为轴对称单元的体积是通过旋转二维单元体积得到的,如果x轴下方有节点,就会出现负体积。 对于具有旋转周期性边界的解域,FLUENT会计算周期角的最大值、最小值、平均值以及规定值。通常容易犯的错误是没有正确的指定角度。对于平移性周期边界,FLUENT 会检测边界信息以保证边界确实是周期性的。 最后,证实单一计算。FLUENT会降解算器所建构的节点、面和单元的数量与网格文件的相应声明相比较。任何不符都会被

报告

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出来。 网格统计报告 网格读入到FLUENT中之后有几种方法报告它的信息,你可以报告当前问题的内存使用信息,网格的尺寸,网格分割的统计也可以报告一个区域接一个区域的单元和表面的统计数据。 网格尺寸 点击菜单Grid/Info/Size 你可以输出节点数、表面数、单元数以及网格的分区数。网格的分区是并行处理所需要的功能。 下面是一个输出的结果 Grid Information Level Cells Faces Nodes Partitions 0 48 82 35 1 如果你对于不同区域内有多少节点和表面被分开有兴趣,请点击菜单Grid/Info/Zones 如果你用的是耦合显式解,将会在每个网格层面的信息。网格层面的信息源于FAS多重网格加速方法所产生的粗糙网格层面。下面是一个输出结果: Grid Information Level Cells Faces Nodes Partitions 0 48 82 35 1 1 18 5 2 0 1 2 7 37 0 1 3 3 27 0 1 4 1 20 0 1 内存使用 在计算进程中你可能想要知道内存的使用和分配情况,FLUENT可以报告下面的信息:节点数、表面数、边缘数以及目标指示器(各种网格和图形效用的指示器)所使用和分配的内存,阵列内存(表面所使用的高速暂存存储器)数量的分配和使用以及解处理时所用的内存。菜单:Grid/Info/Memory Usage。 UNIX 和Windows NT系统的内存信息是不同的 UNIX系统: ●处理器静态内存本质上是代码本身的大小 ●处理器动态内存用于存储网格变量和解变量的分配heap内存。 ●处理器总内存是静态内存和动态内存之和。 Windows NT系统 ●处理器物理内存是当前贮存在RAM中的heap内存 ●处理器虚拟内存是当前与Windows NT 系统页面交换的heap内存 ●处理器总内存是物理内存和虚拟内存之和。 注意: ●内存信息不包括静态(代码)信息 ●在一系列版本的FLUENT中,heap内存值包括解算器(网格和解变量)的存储以及程 序外壳(图形用户界面,和图形内存)的存储,这是因为程序外壳和解算器在同一过程中。 ●在并行版本中,外壳运行自己的过程,所以heap内存值只包括网格和解变量的存储。 在Windows NT系统中,你可以在FLUENT运行过程中通过任务管理器获取更多的信息。在一系列版本中内存进程的名字好像是fl542s.exe。对于并行版本内存进程的名字分别为:cx332.exe (外壳),fl542.exe (解算器主机)和fl_smpi542.exe (一个解算器节点)。 网格区域信息 点击菜单Grid/Info/Zones你可以在控制台窗口输出每一区域的节点、表面和单元的信息。网格区域信息包括节点总数,以及对于每一个表面和单元区域来说的表面和单元数、单元的类型,边界条件类型,区域标志等。下面是一个网格区域信息的例子: Zone sizes: 21280 hexahedral cells, zone 4. 532 quadrilateral velocity-inlet faces, zone 1. 532 quadrilateral pressure-outlet faces, zone 2. 1040 quadrilateral symmetry faces, zone 3. 1040 quadrilateral symmetry faces, zone 7. 61708 quadrilateral interior faces, zone 5. 1120 quadrilateral wall faces, zone 6. 23493 nodes. 划分(Partition)统计 获取划分统计的信息请点击菜单Grid/Info/Partitions menu item.。 统计包括单元数,表面数,界面数和与每一划分相邻的划分数。注意我们也可以在划分网格面板点击输出划分按钮生成这个报告。 修改网格 网格被读入之后有几种方法可以修改它。你可以标度和平移网格,可以合并和分离区域,创建或切开周期性边界。除此之外,你可以在区域内记录单元以减少带宽。还可以对网格进行光滑和交换处理。并行处理时还可以分割网格。 注意:不论你何时修改网格,你都应该保存一个新的case文件和数据文件(如果有的话)。如果你还想读入旧的data文件,也要把旧的case保留,因为旧的数据无法在新的case 中使用。 标度网格 FLUENT内部存储网格的单位是米——长度的国际单位。网格读入时她回假定网格的长度单位是米,如果你创建网格是使用的是其它长度单位,你必须将网格的标度改为米。具体内容可以参阅单位系统一章。 标度也可以用于改变网格的物理尺寸,虽然这不是单位系统设计的初衷,但是,我们的确可以适当的使用单位系统来改变网格的尺寸,具体的方法,相信每一个聪明人都猜得到了吧。注意:无论你打算以何种方式标度网格,你必须在初始化流场或开始计算之前完成网格的标度。在你标度网格时,任何数据都会无效。点击菜单Grid /Scale...,出现下面的面板: Figure 1:标度网格面板 使用标度网格面板步骤如下: 1.在下拉列表中,选择适当的在被创建网格中的厘米、毫米、英寸和英尺的缩写来标明单 位。标度因子会自动被设为正确值(比如0.0254米/英寸或者0.3048米/英尺)如果你 所用的单位不再列表中,你可以手动自己输入标度因子(比如米/码的因子)。 2.点击Scale按钮。区域范围会被自动更新并以单位米输出正确的范围。如果还是宁愿在 FLUENT进程中使用最初的单位,你可以标度网格面板改变单位 3.正如第二步中使用网格标度面板所提到的,当你不改变单位标度网格,你只是转换网格 点的最初尺寸,转换方法就是网格坐标乘以转换因子。如果你想要在最初的单位下工作而不将单位改为米,你可以在设定单位面板中点击改变长度单位按钮。点击按钮之后区域范围就会被更新以表明最初单位的范围。这一单位在将来输入的时候将一直使用! 如果你使用了错误的标度因子,偶然点击了标度按钮两次或者就是想重新标度,你可以点击UnScale按钮。"Unscaling"用标度因子去除所有的节点坐标。(在创建的网格中选择m 并且点击Scale按钮将不会重新标度网格。) 你也可以使用网格标度面板改变网格的物理尺寸。例如,你的网格是5英寸×8英寸,你可以设定标度因子为2得到10英寸×16英寸的网格。 平移网格 你可以指定节点的笛卡尔坐标的偏移量来平移网格。如果网格是通过旋转得到的而不是经过原来的网格得到的,这将对旋转问题很必要。对于轴对称问题,如果网格的设定是由旋转设定而与x轴不一致那么这对旋转问题也很必要。如果你想将网格移到特定的点处(如平板的边缘)来画一个距x轴有一定距离的XY图。 点击菜单Grid/Translate弹出平移网格面板(下图)可以平移网格: Figure 1: 平移网格面板 使用平移网格面板平移网格步骤如下: 1.输入偏移量(可以是正负实数) 2.点击平移按钮,下面的区域范围不可以在这个面板中改变。 合并区域 为了简化解的过程你可能会将区域合并为一个区域。合并区域包括将具有相似类型的多重区 域合并为一个。将相似的区域合并之后,会使设定边界条件以及后处理会变得简单。 点击菜单Grid/Merge...弹出合并网格面板如下: Figure 1: 合并区域面板 什么时候合并区域 FLUENT允许你将相似类型的区域合并为一个。除非区域的数量已经限制了设置的速度以及数值分析的后处理,否则区域合并是不必要的。例如:对于大量的区域设定相同的边界条件会消耗很多时间而且会消除不相容性。除此之外,数据的后处理通常包括使用区域生成表面的过程,大量的区域被转换成大量的表面,每一个表面都需要设定各种类型的选项,如颜色等值线,这会消耗大量的时间。幸好现在我们可以将表面合并从而尽量减小太多区域造成的负面影响的而高后处理过程的效率。 虽然合并区域很有用但是有些情况下你就是需要保持大量的区域。这是因为合并区域的过程是不可逆的,大量的区域使得强制(imposing)边界条件的设定更灵活。虽让大量的区域会使得表面的选择单调乏味,但是在表现网格和流场解的时候有更多的选择。例如,产生内部流场解可能很难,如果外部流域是由几个区域组成,这些区域的网格的相关子集可以随着解一起画出来以提供几何外形和解域的相关性。 使用合并区域面板将相同类型的区域合并为一个的步骤如下: 1.在多重区域列表选择区域类型。这一列表中包多重区域的所有类型。当你选择区域类型 之后,相应的区域就会在区域列表中出现。 2.在区域列表中选择选择两个以上的区域 3.点击合并按钮,合并所选区域 注意:一定要记住保存新的case文件和数据文件(如果数据文件存在) 分割区域 FLUENT中有几种方法来将单一表面或者单元区域分为多个同一类型的单元。如果你想将一个区域分为几个更小的区域你就可以使用这个功能。例如:对管道创建网格时,你创建了一个壁面区域,而这些壁面区域在不同的位置有不同的温度,你就需要将这个壁面区域分为两个以上的小区域。如果你想用滑动网格模型或多重参考坐标来解决问题,但是你忘记了为具有不同滑动速度的流体区域创建不同的区域,你就需要将这个区域分割。 注意:在任何分割处理之后你都应该保存一个新的case文件。如果数据文件存在当分割开始时它们会自动分配到适当的区域,所以你要保存新的数据文件 表面区域有四种分割方法,单元区域有两种分割方法。下面先介绍表面区域的分割方法,然后是单元分割工具的介绍。周期区域的裁剪将在后面介绍。注意:所有的分割方法在你决定分割之前都可以报告分割的结果。 分割表面区域 对于有尖角的几何区域,在具有明显角度的基础上我们很容易分割表面区域。由角度大于或等于特定角度的具有法向矢量的表面会和小于特定角度的表面分为不同的区域。例如,你有一个由立方体组成的网格,立方体的所有六个边都在同一壁面区域,你可以指定特征角为89度。因为每一立方体的边的法向矢量由相边的法向90度分开,六个边会被分别放在六个壁面区域。如果你有一个小的表面区域,并且想将区域内的每一个表面放到它自己的区域,你就可以在表面的基础上通过分割表面实现。 你也可以在保存在适应寄存器中的标号分割表面区域。比如:你可以在单元所在区域位置(区域适应)的基础上为了适应而标记单元,或者在它们狭窄的边界(边界适应)或者在一些变量等值线或者在其它的适应方法的基础上标记单元(有关适应的内容请参阅相关章节)。当你指定了表面区域分割的寄存器,所有的被标记的单元表面将会放到同一个新区域。(关于你所要使用的寄存器的ID,你可以使用管理寄存器面板来确定) 最后,你可以在连续性区域的基础上分割表面区域。例如:当你使用耦合边界条件,你需要区域内的表面有一致的方向。一致的方向只能在连续性区域保证,所以你需要将表面区域分开以保证指定适当的边界条件。使用角度、表面、适应标志或者区域来分割表面区域,请使用分割表面面板(Figure 1)。点击菜单Grid/Separate/Faces...有如下面板: Figure 1:分离表面区域面板 注意:你应该在使用悬挂节点适应方法(默认)进行任何适应之前,先分割表面区域。包含悬挂节点的区域不能分割。 分离表面区域的步骤: 1.选择分离方法(Angle, Face, Mark, 或者Region) 2.在区域列表中选择要分离的区域 3.如果你用表面或者区域分割请跳到下一步,否则请遵照下面的步骤 如果要用角度分割表面,请在角度集合中指定特征角。 如果你用标记分割表面,选择在寄存器列表中选择所要使用的适应寄存器。 4.(此步可选)在分割之前要检查分割结果请点击Report按钮,出现与下面类似的内容: Zone not separated. 45 faces in contiguous region 0 30 faces in contiguous region 1 11 faces in contiguous region 2 14 faces in contiguous region 3 Separates zone 4 into 4 zone(s). 5. 分离表面区域,请点击Separate按钮,FLUENT会输出下列信息: 45 faces in contiguous region 0 30 faces in contiguous region 1 11 faces in contiguous region 2 14 faces in contiguous region 3 Separates zone 4 into 4 zone(s). Updating zone information ... created zone wall-4:001 created zone wall-4:002 created zone wall-4:010 done. 当你使用适应标志分割网格时,你有时可能会发现表面的网格单元会放在错误的表面区域,你可以用附加的分割方法在角度的基础上解决该问题而将错误的单元放进新的区域。然后你可以将新区域和所要放的区域结合起来。 分割单元区域 如果你有两个及其以上共用内部边界的被包围的单元区域(如下图),但是所有的单元被包含在一个单元区域,你可以用区域分割方法将单元分割为不同的区域。注意,如果共用边界的类型是内部类型,你必须在分割之前把它们改为双边表面区域类型。 Figure 1: 在区域的基础上分割单元区域 你也可以用适应寄存器中的标志分割单元区域。你可以使用网格适应一章的任何一种适应方法标记单元。当你指定了分割单元区域的寄存器之后,被标记的单元会放在新的单元区域(使用管理寄存器面板确定你所要使用的寄存器的ID)。要在区域或适应标志的基础上分割单元区域,请点击菜单:Grid/Separate/Cells..弹出如下面板: Figure 2: 分割单元区域面板 注意:你应该在使用悬挂节点适应方法(默认)进行任何适应之前,先分割表面区域。包含悬挂节点的区域不能分割。 分离表面区域的步骤: 1.选择分离方法(Mark或者Region) 2.在区域列表中选择要分离的区域 3.如果你用标志分割区域,在寄存器列表中选择适应寄存器。 4.此步可选)在分割之前要检查分割结果请点击Report按钮,出现与下面类似的内容: Zone not separated. Separates zone 14 into two zones, with 1275 and 32 cells. 5. 分离表面区域,请点击Separate按钮,FLUENT会输出下列信息: Separates zone 14 into two zones, with 1275 and 32 cells. No faces marked on thread, 2 No faces marked on thread, 3 No faces marked on thread, 1 No faces marked on thread, 5 No faces marked on thread, 7 No faces marked on thread, 8 No faces marked on thread, 9 No faces marked on thread, 61 Separates zone 62 into two zones, with 1763 and 58 faces. All faces marked on thread, 4 No faces marked on thread, 66 Moved 20 faces from face zone 4 to zone 6 Updating zone information ... Moved 32 cells from cell zone 14 to zone 10 created zone interior-4 created zone interior-6 created zone fluid-14:010 done. 如上例所示,单元区域的分离通常也会表面区域的分割。如果你用标志分割,被移到新区域的表面单元将会放在新的表面区域。当你用区域分割时,被移到新区域的表面单元将不必被放在新的表面区域。如果任何表面被放错,请参阅分割表面区域一节。 创建周期区域 如果两个区域有相同的节点和表面分布,你可以将这对表面区域耦合来为网格分配周期性。在前处理过程中,你必须保证所要分配周期性边界的两个区域具有相同的几何图形和节点分布,也即它们是相互的复制。这是在解算器中创建网格周期性区域的唯一需要,两个区域的最初边界类型是不相关的。 注意:在创建和裁剪周期性边界条件之后,保存新的case文件(如果有数据文件也要保存)。要匹配一对边界条件,请使用如下创建周期性文本命令: Grid/modify-zones/make-periodic。你需要指定组成匹配的成对边界条件的两个表面区域(你可以输入它们的全名或仅仅是他们的ID,并指出它们是旋转性还是平移性边界条件。你指定周期性区域和该周期的匹配域(shadow)的顺序并不重要。 /grid/modify-zones> mp Periodic zone [()] 1 Shadow zone [()] 4 Rotational periodic? (if no, translational) [yes] n Create periodic zones? [yes] yes computed translation deltas: -2.000000 -2.000000 all 10 faces matched for zones 1 and 4. zone 4 deleted Created periodic zones. 当你创建周期性边界时,解算器会检查所选区域内的表面是否匹配(也就是说相应表面的节点是否一致)。表面匹配的公差是表面边缘最小长度的分数倍。如果周期性边界条件创建失败,你可以用matching-tolerance命令改变匹配公差,但是匹配公差不可以超过0.5,否则周期性区域匹配将不正确,并且会破坏网格。菜单:Grid/modify-zones/matching-tolerance。 剪裁(slit)周期性区域 如果你想将周期性成对区域解耦你可以使用剪裁周期性命令: Grid/modify-zones/slit-periodic。然后你指定周期性区域的名字或者ID,解算器就会将两个区域解耦,然后将它们改为两个对称性区域。 /grid/modify-zones> sp periodic zone [()] periodic-1 Separated periodic zone. 熔合(Fusing)表面区域 在组合多重网格区域之后,表面熔合是一个很方便的功能,它可以将边界熔合将节点和表面合并。当区域被分为子区域,并且每一个子区域分别产生网格时,你需要在将网格读入解算器之前,把子区域结合为一个文件。(详细内容请参阅多重网格文件一节。比如说:在你产生多块网格的每一块并且将它们分别保存在不同的网格文件中,或者在网格生成过程中,为复杂几何图形的每一部分保存一个网格文件(注意:在子区域接触的位置,网格节点的位置在边界处不必相同,具体内容请参阅非一致网格一节),就需要熔合表面区域。点击 菜单Grid/Fuse...弹出下面面板,允许你将双重节点合并,并将人工内部边界删除。 Figure 1: 熔合表面区域面板 如读入多重网格文件一节所叙述的,当网格文件被合并起来时,双重节点所在的边界被分配给区域ID号(就像任何其它边界一样)。你需要在tmerge或者TGrid报告过程中明了区域的ID号,或者当全部的网格被读入之后,显示所有边界网格区域并用鼠标指针按钮确定边界的名字(详细内容请参阅关于鼠标按钮函数信息控制的鼠标按钮函数)。 熔合表面区域所需要输入的东西 熔合表面区域的步骤如下: 1.在区域列表中选择要熔合的区域。 2.点击Fuse按钮熔合所选区域。 如果使用默认公差没有熔合所有适当的表面,你应该增加公差尝试重新熔合。(这一公差和创建周期性区域所讨论的匹配公差一致)。公差不应该超过0.5,或者你可能熔合了错误的节点。千万要记住熔合表面之后保存新文件!!! 结构网格生成器或解算器读入的网格通常只能是具有凹角分支切口的O型或者C型网格,在这个切口上一致的双重节点在一个周期性边界。因为FLUENT使用非结构网格,所以不必保留人工内部边界。(当然你可以保持周期性边界,解算器就会使用周期性边界条件来解决问题)。 要让周期性区域自己熔合,你必须首先裁剪边界区域。这将会创建可以融合的对称性区域。注意:如果你需要熔合非周期性区域的部分和它自己,你必须使用文本命令: fuse-face-zones,菜单:Grid/modify-zones/fuse-face-zones。这一命令会提示你确定所要熔合区域的名字或者ID(你需要输入同一区域两次)。改变节点公差请使用匹配公差(matching-tolerance)命令。 剪开表面区域 剪开表面区域功能有两种用途: ●你可以将任何双边类型的单一边界区域剪开为两个不同的区域。 ●你可以将耦合壁面区域剪开为两个不同的非耦合壁面区域 当你剪开表面区域,解算器会将除了在区域的二维端点或三维边缘节点以外的所有的表面和节点复制。一组节点和表面将会属于剪开之后的一个边界区域,其它的在另一个区域。 每一个端点的共享节点的唯一坏的影响就是,当你用裁剪边界图形化显示数据解时,你会在那些点处看到一些错误。(注意:如果你裁剪完边界之后,你将不能再将边界熔合。)一般说来,你不必手动剪彩表面区域。说边避免会被自动裁剪党仍然保持耦合(这一耦合只涉及网格,不涉及热耦合)。适应过程将这些周期性边界看成耦合壁面;在一个壁面的适应导致了在shadow处的相同适应。如果你想要独立于壁面的shadow适应一个壁面,你应该裁剪耦合壁面来获得两个不同的壁面。 你不可以混淆剪开表面"slitting"和分割表面"separating"命令。剪开表面是指,剪开表面后附加的表面和节点被创建并放到新的区域。分离表面是指新的区域将会被创建,新的节点和表面不会被创建,原表面和节点简单的重新分配到区域中。 剪开表面区域所需要输入的内容 要剪开表面使用下面命令:Grid/modify-zones/slit-face-zone。指定表面区域的名字或ID,解算器会用两个区域替换原区域。 /grid/modify-zones> slfz face zone id/name [] wall-4 zone 4 deleted face zone 4 created face zone 10 created 千万要记住:剪开表面后记住保存新文件,case和data文件不管有哪个都要保存。 记录流域(Domain)和区域(Zones) 记录区域可以通过重新排列内存的节点、表面以及单元提高解算器的计算性能。Grid/Reorder包含重新记录domain和zones的命令,并且能够输出目前网格划分的带宽。Domain的记录可以提高内存的读写效率,并且可以为用户界面很方便的记录区域。带宽提供了察看内存中的单元分布。 记录区域菜单:Grid/Reorder/Domain 最后,你选择输出带宽菜单,输出目前网格的划分。这一命令输出每一网格划分的半带宽和最大的存储距离。菜单:Grid/Reorder/Print Bandwidth。每次做这些操作时,一定要记住保存新的文件! 关于记录 反Cuthill-McKee算法被用于记录过程,来创建区域内种子单元(seed cell)的层次树。首先使用Gibbs, Poole,和Stockmeyer[57]算法选择一个单元(被称为种子单元)。然后每一单元根据它距种子单元的距离被分配给一定的层次。这些层次被分配组成层次树。一般说来,表面和单元被记录以便于邻近单元在区域和内存之中是相互靠近的。因为大多数计算循环是在表面上的,所以你希望高速缓存中的两个单元在同一时刻,以减少缓存或者磁盘扫描的时间,也就是说,你希望在内存中的单元相互靠近以减少内存存取的时间。目前的格式记录了区域内的表面和单元以及内存中的节点、表面和单元。 你也可以选择记录这些区域,记录的区域首先是区域类型然后是区域的ID。使用用户界面可以很方便地实现区域记录。 使用区域记录的典型输出如下: >> Reordering domain: zones, cells, faces, done. Bandwidth reduction = 809/21 = 38.52 Done. 如果你想察看带宽,可以看到如下报告: Maximum cell distance = 21 带宽是相邻单元的最大差值,也就是说,在区域列表中的每一单元顺次标号,并比较这些索引的差别。 并行处理的网格分割 如果你打算使用FLUENT的并行解算器,你应该将网格划分或者再细分为成组的单元,以便于它们可以在并行处理器上得到解决(见Figure 1)。划分可以采用FLUENT的一系列版本,也可以采用划分转换器。划分网格之后,请保存case文件并将它们读入到并行解算器中。一个被划分的网格可以被用于系列解算器中而不会丧失任何性能。如果你的主机工作站有足够的内存,你可以用划分转换器将网格直接读入到FLUENT中。然而如果你的网格太大而不能读入到系列解算器中也不能读入到划分转换器中,或者你不想自己划分网格,你可以将未划分的网格直接读入的并行解算器中,解算器会自动使用"Cartesian Strip"方法对它进行划分(这种方法没有前述两种方法好)。 Figure 1: 划分网格 网格划分方法 并行处理的网格划分有三个目的 用等量单元创建划分 ●最小化划分界面的数量,也就是减少划分边界表面的面积 ●最小化相邻划分的数量。 平衡划分(使单元数量相等)保证每个处理器的负载相等,并保证各个划分在同一时间进行信息传递。因为划分之间的信息传递是相对耗时的过程,最小化界面的数量可以减少数据交换的时间。最小化划分邻域的数量可以减少网络和路由的竞争机会。除此之外,在初始信息传递的花费比更长信息的传递的花费更多的机器上,最小化划分邻域是十分重要的,尤其是对于网络连接的工作站来说。 FLUENT中的划分格式是使用对分算法来创建划分的,但是不像其它的划分格式需要划分因子为二,这一格式对划分的数量没有限制。对于每一个处理器来说,你要创建相同数量的划分(也就是说划分的数量应该是处理器数量的整数倍) 对分(Bisection)方法 网格划分采用对分算法。所选算法首先用于父区域的划分,然后再用于子区域的划分。比如说:要将网格划分为四个部分,首先对分为相等的两个部分,然后再将这两个相等的部分分别对分为两个更小的子部分。如果要划分三部分的话,首先将网格划分为三分之一为一部分,三分之二为另一部分,然后再将三分之二的部分对分为两个部分。 网格划分可以用下面的列出的任何一种方法。至于最为有效的方法视具体问题而定,所以你可以试用不同的方法,直到找出最好的方法为止。详细内容请看:推荐划分策略的网格划分指导方针。 笛卡尔轴:在单元的笛卡尔坐标的基础上对分区域(见Figure 1)。它用垂直于坐标轴的最长的区域范围来对分区域和子区域。通常被称为坐标对分 笛卡尔带:使用笛卡尔坐标对分,但是所有的对分线都限制在父区域的最长对分线方向。这种方法通常可以最小化对分邻域的的数量 笛卡尔X-, Y-, Z坐标:在单元的笛卡尔坐标的基础上对分区域,但是它的父区域和子区域的对分线都垂直于特定的坐标方向(见Figure 2.)。 笛卡尔R轴:对分的基础为单元中心到产生最小界面尺寸的距离的坐标轴的最短射线距离。这种方法只在三维网格中使用。 笛卡尔RX-, RY-, RZ坐标:对分的基础为单元中心到选定坐标轴的最短射线距离。 圆柱坐标:对分的基础为单元的柱坐标系,这种方法只在三维网格中使用。 圆柱R-, Theta-, Z-坐标:对分的基础为选定的柱坐标系,这种方法只在三维网格中使用。 主轴:对分的基础为平行于主轴的坐标框架(见Figure 3)。如果主轴平行于笛卡尔坐标轴,该方法就被简化为笛卡尔轴划分,这一算法也通常被称为动量、惯量或者惯量的动量划分。该方法是FLUENT默认的划分方法。 主带:使用动量划分,但限制在父区域最长的延长线的主轴方向(见Figure 4)。通常用这种方法最小化划分邻域的数量。 主X-, Y-, Z-坐标:划分的基础在于选定的主轴(见Figure 4)。 极轴:划分的基础在于单元的极轴,这种方法只用于二维网格的划分。 极R-轴、极Theta-轴:划分的基础在于所选的极轴,只用于二维情况(见Figure 5)。 球轴:划分是基于单元的球坐标系,只用于三维情况 球Rho-, Theta-, Phi-坐标:划分基于所选的球坐标。只用于三维情况。 Figure 1: 笛卡尔轴方法 Figure 2:笛卡尔带或者笛卡尔X-坐标方法 Figure 3:主轴方法 Figure 4:主带或者主X-坐标方法 Figure 5:急轴或者极Theta-坐标方法 最优化 附加的最优化可以提高网格划分的质量。垂直于区域最长宽度的的划分未必是产生最小界面边界的方法。“预先测试(pre-testing)”操作(见预先测试一节)可以用于划分之前自动选择最优方向。除此之外还有下面的反复迭代最优化方法: 光滑:通过交换划分之间单元来最小化划分界面的数量。这一格式详细研究了划分边界,而且如果界面边界表面减少,它会将单元给相邻的划分。(见Figure 1) 合并:尝试消除每一划分的孤立丛。孤立丛是指这样一组单元,它们组内的每一个单元至少有一个表面与界面边界一致(见Figure 2.)。孤立丛会降低多重网格的性能,并导致大量的信息交流而花费时间。 Figure 1: 光滑最优化方法 Figure 2: 合并最优化方法 一般说来,光滑和合并是相对耗费时间的最优化工具。 预先测试(Pretesting) 如果你选择主轴方法或者笛卡尔坐标方法,你可以提前检测不同对分方法来提高对分的性能,默认是不选择预先测试,此时FLUENT在垂直区域最长范围方向进行对分。 如果使用提前预测,当你在划分网格面板点击划分按钮时自动执行提前预测。对分算法,会检测所有的坐标方向并选择产生最少对分界面的算法为最后的对分算法。注意:使用提前预测会增加对分所需的时间,对于二维问题会花费二倍的时间,对于三维问题会花费四倍的时间。 在区域和寄存器中划分 将对分限制在单元区域或者寄存器可以使你灵活的在流域的子区域中应用不同的划分方法。例如:对于连接矩形管道的圆柱形通风系统,你可以用柱坐标轴方法划分圆柱形通风系统,用笛卡尔坐标轴方法划分矩形管道。如果圆柱形和矩形在两个不同的单元区域,你可以选择一个区域执行所需要的划分。如果它们在同一个单元区域,你可以用适应方法中标记单元的函数为每一个区域创建一个单元寄存器(基本上是一个单元列表)。这些寄存器允许你在物理位置,单元体积,特定变量的梯度或等值线等参数的基础上标记单元。关于为适应标记单元的信息请参阅网格适应一章。管理适应寄存器提供了操作不同寄存器创建新寄存器的的信息。一旦你创建了新的寄存器你就可以用它来进行网格划分了。 划分网格的指导方针 下面是划分网格的推荐步骤: 1.用默认的划分方法(主轴划分)并最优化(光滑)。 2.在解释划分统计中检查划分统计。你的目标是在保持平衡负载(单元变化)时实现界面 比率变化和全局界面比率的最小值。如果统计不可接受可以选择其它的划分方法。 3.如果对于你的问题已经选择了最好的对分方法,你就可以选择是否打开提前预测功能来 进一步提高。 4.如果需要的话,你也可以选择合并最优化方法提高划分的性能。 使用网格划分面板 对于网格划分,你可以选择创建网格划分的对分方法,设定划分数,选择区域和/或寄存器以及选择所要使用的最优化方法。有些方法,你可以执行提前预测功能保证尽可能好的划分。当你在网格划分面板中设定了所有参数,点击划分按钮将网格按照所选的方法和设定进行再细分。点击菜单Grid/Partition...,弹出下面对话框: Figure 1:网格划分面板 1. 在方法下拉列表中选择对份方法。选择是对分方法中所描述的技巧。 2. 在Number框中输入要划分的的数量(必须是处理器数量的整数倍)。 3. 你可以选择在每一个单元区域独立应用划分,你也可以使用穿越区域检查按钮来允许划分穿越区域边界。除非在不同区域的单元需要大量的计算时间(比如包括固体和流体的区域),否则不推荐使用独立的单元划分(关掉区域检查按钮就可以实现独立的单元划分)。 4. 你可以在最优化条目中激活并控制所需的最优化方法。你也可以通过打开Do检查按钮来,激活合并和光滑格式。对于每一个格式你也可以选择重复的次数,这样,每一个最优化格式会被应用直到实现适当的判据或达到最大的重复步。如果重复步被设为零,最优化格式会被一直应用到最后,而没有最大重复步限制。 5. 如果你选择主轴方法、笛卡尔坐标或者笛卡尔带方法,你可以在划分执行之前应用不同对分方向的自动检测来提高划分的质量。(Pre-Test) 6. 在Zones和/或Registers列表中,选择你要划分的区域和/或寄存器。大多数情况下你会选择所有区域(默认情况)划分整个流域,详细内容请参阅在区域和寄存器内划分一节。 7. 点击划分按钮划分网格 在划分过程中报告划分信息 网格划分时,关于划分过程的信息会在文本(控制台)窗口中输出,解算器会输出所创建划分的数量,对分的数量,划分所需的时间,单元、表面、界面以及表面比率变化的最大值和最小值。Verbosity的默认设定值是1,如果你将它改为2,那么控制台窗口还会输出所用的划分方法,划分的ID,单元、表面和界面的数量以及每一划分的界面与表面的比值。如果Verbosity为0,控制台窗口将只输出划分数量和所需时间。 划分完成后你可能需要这一报告的某一部分重新输出,你可以点击Print Partitions按钮,程序会自动在控制台窗口输出划分ID,单元、表面和界面数以及每一划分的界面和表面的比率。除此之外还会输出单元、表面、界面以及表面比率变化的最大值和最小值。详情请见划分统计解释。 重置划分参数 如果你想改变划分参数的设定,你可以点击Default按钮回到FLUENT的默认设定。点 击默认设定之后,Default按钮就变成了Reset按钮。Reset按钮允许你回到最近保存的设定(也就是你点击Default按钮之前的设定值)。执行之后,Reset按钮又会变成Default按钮。 划分统计解释 划分过程产生的输出包括循环的细分过程以及重复的最优化过程的信息。随后是最后划分网格的信息,包括:划分ID,单元的数量,表面的数量,界面表面的数量,每一划分的界面和表面的比率,划分邻域的数量以及单元、表面、界面、邻域、平均单元、表面比率和全局表面比率的变化。全局表面比率的变化是指目前划分各自数量的最大值和最小值。例如,下面的输出,划分0和3具有最小的界面数(10),划分1和2具有最大的界面数(19),因此,变化为10 – 19。 你的目标是实现界面比率变化和全局界面比率的最小值来平衡负载值(单元变化)。 >> Partitions: P Cells I-Cells Cell Ratio Faces I-Faces Face Ratio Neighbors 0 134 10 0.075 217 10 0.046 1 1 137 19 0.139 22 2 19 0.086 2 2 134 19 0.142 218 19 0.087 2 3 137 10 0.073 223 10 0.045 1 ------ Partition count = 4 Cell variation = (134 - 137) Mean cell variation = ( -1.1% - 1.1%) Intercell variation = (10 - 19) Intercell ratio variation = ( 7.3% - 14.2%) Global intercell ratio = 10.7% Face variation = (217 - 223) Interface variation = (10 - 19) Interface ratio variation = ( 4.5% - 8.7%) Global interface ratio = 3.4% Neighbor variation = (1 - 2) Computing connected regions; type ^C to interrupt. Connected region count = 4 要获取更多的划分信息,你可以画出网格划分的等值线,如对分方法5的Figures 1所示。在等值线面板的下拉菜单的Cell Info...中关闭节点值的显示,选择单元划分。(关于等值线的显示请参阅画等值线与轮廓一节。) 使用划分转换器 运行并行FLUENT时,你可以通过划分转换器直接读入未划分的网格。菜单为: File/Import/Partition/Metis...。FLUENT会使用过滤器划分网格,然后将划分后的网格读入到解算器中,划分的数量等于处理器的数量。然后你就可以处理模型定义和解法的定义。注意:这种直接读入的方法要求主机有足够的内存来运行特定网格的转换器。如果没有足够的内存,你需要在有足够内存的机器上运行划分网格转换器。当然也可以在具有足够内存的机器 上用转换器划分网格然后,然后将网格读入到主机中。在转换器中,手动划分网格请输入如下命令:tfilter partition input-filename partition-count output-filename。其中,partition-count 为所需划分的数量。然后将划分后的网格读入到解算器中进行模型的定义和解法的设置。 METIS为默认的划分器,它会产生高质量的划分网格。METIS是由Minnesota大学和Army HPC研究中心的Karypis与Kumar开发的划分不规则图形的软件包。它使用多级方法,该方法将高质量图形的顶点和边缘接合形成粗糙图形,然后将粗糙图形划分,再然后去粗糙化为精细图形。在粗糙化和去粗糙化过程中,算法允许产生高质量的划分。有关METIS的详细信息可以参阅相关手册[79]。