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ANSYS Fluent Meshing 是一款高级流体仿真前处理工具,具备从几何到求解的完整工作流程。其前身是Tgrid非结构体网格生成工具,并在最近的几个版本新增了Fluent风格的操作界面与几何导入技术,目前已经成为ANSYS主推的流体前处理软件。
图1 ANSYS Fluent Meshing前处理工具
作为高级的网格划分工具,如果没有几招“看家本例”来处理复杂的网格问题,那肯定是无法让人信服的,也就不能体现自己“高级”的身份和定位。当然,Fluent Meshing具备多种强大稳定的网格处理技术,是一定不会让大家失望的,下面就通过几个典型的特色做以介绍。随着计算机的发展,越来越多的流体仿真问题需要我们使用更为复杂与细致的几何,对应的网格数量也越来越大。目前,千万级的网格已经成为大多数产品流体仿真工作的一个常用量级,为此,我们需要更快的网格划分效率来支持工作的进度要求。Fluent Meshing具备极为高效的体网格生成技术。测试案例显示,在如下表所示的单机工作站上,Fluent Meshing生成5亿四面体网格所需的时间仅有75分钟,对应的网格文件(约29 Gb)输出时间也不超过11分钟。相比之下,其他流体工具在网格划分的速度上,就远远的落在后面了。图2 ANSYS 流体网格划分效率对比
实际上,对于相对复杂的几何外形,Fluent Meshing生成1000万体网格也只需2-3分钟,而且稳定性好,内存利用率高,输出文件速度快,是提升流体工程师工作效率的必备工具。作为一名Fluent流体工程师,可以说我们对*.msh(或*.cas)格式的网格文件是又爱又恨。爱它的原因自不用多说,它是Fluent求解器最常用的网格格式;恨他的原因也不在少数,尤其是当我们需要修改网格、但又不是自己划分的时候。如果没有Fluent Meshing,那么我们拿这些*.msh格式的网格文件是没有太多办法的,想修改无从下手,划分网格的原始几何和文件也无法找到。当然,随着Fluent Meshing 的不断更新与发展,这个问题已经得到了很好的解决。Fluent Meshing把*.msh作为可编辑的格式,而且是唯一的;同时,还可以对读入的*.msh文件进行有针对性的修改,无论是六面体还是四面体,都能够在符合条件的范围内进行各种需求的处理。常见的网格修改包括:体网格质量(skewness)提升
局部加密
网格边界位置调整
体网格的复制、缩放与旋转
同名边界的准确分离
对已有的体网格新增边界层
多区域网格共节点拼接
当然,除了上面针对实际工中的一些常见需求之外,Fluent Meshing具备的其他高级技术(如诊断、改进、除错等)也可以随时应用在读入的网格之中,这些和从几何导入进行划分的工作是没有太多区别的。3、基于“马赛克”技术的Poly-Hexcore网格在流体仿真中,六面体与四面体网格在仿真各个环节的争论一直存在,但还是基本可以达成一个共识:那就是“六面体在求解过程中要优于四面体(虽然划分更加困难)。”为此,Fluent工程师更希望在计算域中尽可能多的使用六面体网格,这样既能有效减少网格数量,同时还有可能降低伪扩散带来的影响。Fluent Meshing在最新的版本中(2019 R1)新增了基于“马赛克”技术的Poly-Hexcore体网格生成方法,能够使六面体网格与多面体网格实现共节点连接(无interface面),而且不需要任何的额外手动网格设定(对比传统六面体网格划分),从而在保证工作完全自动化的状态下,提升提网格中六面体的数量,以达到提升求解效率与精度的目的。图5 基于“马赛克”技术的Poly-Hexcore体网格同时,该马赛克技术还支持边界层网格的划分,因此可以实现壁面附近的层状Poly网格+过渡区域的纯Poly网格+核心区域的六面体网格进行计算区域填充的状态,从而进一步提升网格整体质量,并有效降低网格总体数量与求解时间。当然,除了以上的亮点之外,Fluent Meshing也具备完整全面的前处理技术,如:保形网格重划分、包裹技术、综合诊断工具、网格间的布尔运算等等。这些也都是在实际的工作中非常便捷和常用的,限于篇幅的关系就不展开讲解了。为了解决这个问题,Fluent Meshing在最新的版本2019 R1中新增了导向式工作流,可以引导用户按照规定的步骤完成前处理工作。由于软件的使用难度过大,各位民间的流体工程师又无法获得官方的技术支持,因此能够分享出来的软件资料就少之又少;资料少又会造成后续工程师学习难度的进一步增大,从而导致用户流失。最终,再不断的恶性循环中,优质的软件却始终无法得到广泛的应用,一直沉默在井底。当然,官方对Fluent Meshing软件推广的力度也是不够的,尤其是在五年以前,那个时候ANSYS的最爱还是ICEM CFD。主流的Fluent 前处理工具主要包括Gambit 、ICEM CFD和 Workbench Meshing,这些软件上手容易,资料多,功能也相对完善。有了这些软件作为选择,自然就没什么人去啃Tgrid这种“硬骨头”了。当然,还有Pointwise、Hypermesh、Ansa这些更为强大与全面的工具,他们也可以处理流体网格,能够很好的被Fluent求解器所支持。这些也都是Fluent Meshing“为人低调”的原因之一。
Fluent Meshing虽然强大,但也不是万能的。无法处理的问题主要包括以下几种情况:不能划分贴体的纯六面体(hex)网格
不能修改四边形(quad)的表面网格
不能处理二维(2d)仿真的网格
- 不能处理已有的多面体(polyhedral 或cutcell)网格
而且,Fluent Meshing在很多操作之后不能撤销,这也是技术上比较大的一个限制。三、为什么我们要会使用Fluent Meshing单从名称我们就可以发现,这款软件就是与Fluent同出一脉的。而且,随着版本的不断更新,Fluent现在已经可以实现在单独软件界面下完成整个仿真流程的能力,这无疑极大的增加的仿真的工作效率。实际上,Fluent Meshing软件所使用的多面体网格,也是能够完美被Fluent求解器所支持的,目前也被证明是最为高效与准确的网格。网格划分过程是枯燥乏味的,经常让人感到头疼与烦躁,如果在发生软件报错,那么几乎就是触碰到崩溃的边缘了(相信大家都有早年间被Gambit报错折磨的绝望经历吧)。Fluent Meshing几乎从不报错(至少在18.2版本之前),稳定性远远超过ICEM CFD 和Workbench Meshing,可以有效减少这些意外给我们带来的 “负能量”。同时,其高效灵活的技术组成,会给工程师们的“天马行空”的发散思维提供强力的实践支撑,让网格划分的过程成就感十足,也让网格划分工作不再无聊和枯燥。作为一名流体仿真工程师,在和同行或着专家进行交流的时候,往往会被问道:“您用的前处理工具是什么?是ANSA还是Hypermesh呢?”如果这个时候我们只能说用Gambit或是Meshing这些初级的网格工具,那么肯定是自降身价的表现。此时,高级的网格划分工具就成为了必不可少的“技术担当”,能够给工程师自身的定位提升一个档次。当然,从仿真的角度来看,任何软件生成的网格都可以进行分析,Fluent Meshing并不是必须的;然而,这就好比任何汽车都可以代步一样,很多的成功人士仍旧会选奔驰、奥迪这种豪车作为商谈业务的座驾,这里面更多的恐怕是代表着使用者的形象与身份。课程S3:精品课程| 基于Fluent动力电池热管理仿真入门到进阶:新能源汽车电池、课程关键词:热管理基础、Starccm,风冷仿真、液冷仿真、冷却系统仿真,后处理讲解。适合Fluent热管理仿真入门和热管理结构设计学员。
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