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A-1附录A网格质量AppendixA:MeshQualityA-2TrainingManual概述•网格质量度量–Skewness–可接受比–最差单元•FLUENT求解器的网格质量考虑–一般考虑–求解中网格质量的影响•CFX求解器的网格质量考虑•网格质量影响因子–CAD问题–网格分解

和分布–划分方法–膨胀•改进网格质量策略–CAD清除–虚拟拓扑–收缩控制–理性网格尺寸和膨胀设置–一般推荐•作业A.1汽车集流管的虚拟拓扑•作业A.2FLUENT和CFX网格质量度量AppendixA:M

eshQualityA-3TrainingManualANSYS网格划分的网格度量•Mesh选项中可得到MeshMetric，可对其进行设置和查看来评估网格质量•不同物理环境和不同求解器对网格质量有不同的要求•ANSYS网格划分中可得到的网格度量有:–单元质量–纵横比–雅

可比–扭曲因子–平行误差–最大拐角–偏斜AppendixA:MeshQualityA-4TrainingManual偏斜两种方法定义偏斜:1.基于等边形的体的误差:•偏斜=•只用于三角形和四面体•三角形和四面体的默认方法2.基于规一化的角误差:•偏

斜=其中是等角的面/单元(对三角形和四面体为60,对四边形和六面体为90)•适用于所有的面和单元形状•使用于棱柱和棱锥−−−emineeemax,180maxminmax最优(等边的)单元实际单元球网格质量

度量e01完美的最坏的−最优单元尺寸单元尺寸最优单元尺寸AppendixA:MeshQualityA-5TrainingManual纵横比=1高纵横比四边形纵横比=1高纵横比三角形网格质量度量纵横比•一般三角形和

四边形的形貌是最长比与最短边比的函数(详细见UserGuide)•对等边三角形或正方形等于1(理想的)AppendixA:MeshQualityA-6TrainingManualANSYS网格质量统计•对表面网格(在预览表面

网格生成后)和体网格(在预览膨胀层或网格生成后)已选择的网格度量，将显示min,max,averaged和standarddeviation•在树状略图的Mesh对象下，使用ShowWorstElements可突出显示最坏单元AppendixA:MeshQualityA-7Trai

ningManualFLUENT网格质量考虑事项•FLUENT需要高质量的网格来避免数值发散•涉及几个网格质量度量,但skewness是主要的度量•纵横比和胞格尺寸也很重要•最坏情况并取决使用的求解器(基于密度或基于压力)，

FLUENT可容忍差的网格质量，而一些程序可能需要更高的网格质量，分辨和好的网格分布•差质量单元的位置有助于确定它们的影响•Statistics中将得到一些总体的网格质量度量•其它网格质量度量FLUENT用户图形界面菜单中Mesh/In

fo/Quality下得到,或使用TUI命令‘mesh/quality’AppendixA:MeshQualityA-8TrainingManualFLUENT网格质量要求•对Fluent最重要的网格质量度量是:–Skewness–As

pectRatio–CellSizeChange(ANSYS网格不能执行)对所有或大多数程序:•Skewness:–对六面体,三角形和四边形:应小于0.8–对四面体:应小于0.9•AspectRati

o:–应小于40,但取决于流体特性–膨胀层可容忍大于50•CellSizeChange:–应在1与2之间•差网格质量可能导致不精确求解和缓慢收敛•一些程序可能要求比建议值更低的偏斜值AppendixA:MeshQualityA-9T

rainingManualSkewness和Fluent求解器•不推荐高skewness值•一般保持体网格最大skewness值<0.95。而这个值和物理分析类型和单元位置紧密相关•如果体网格包含退化单元，FLUENT会报告负的单元体积•skewness网格质量度量等级:•*一些情

况下，基于求解器的压力可运用包含少量skewness为0.98单元的网格.0-0.250.25-0.500.50-0.800.80-0.950.95-0.980.98-1.00*ExcellentverygoodgoodacceptablebadIna

cceptable*AppendixA:MeshQualityA-10TrainingManual(max,avg)CSKEW=(0.912,0.291)(max,avg)CAR=(62.731,7.402)(max,avg)CSKEW=(0.801,0.287)(max,a

vg)CAR=(8.153,1.298)VzMIN≈-100ft/minVzMAX≈400ft/minVzMIN≈-90ft/minVzMAX≈600ft/min求解中网格质量的影响Largecellsizechange例子网格

2网格1AppendixA:MeshQualityA-11TrainingManualCFX网格质量考虑事项•CFX求解器对网格质量要求和FLUENT求解器有点不同，由于两个编码的求解器结构的不同–Fluent求解

器是单元为中心的,流体变量计算在单元的中心分配,其网格单元和求解器单元相同–CFX求解器是顶点为中心的，流体变量单元在顶点存储,求解器单元是双重网格单元。这意味着网格单元的顶点是求解器单元的中心Append

ixA:MeshQualityA-12TrainingManualCFX网格质量考虑事项•CFX求解器有3个重要的网格度量标准，每次运行和更新开始的畸形网格–网格正交性–纵横比–扩展因子+------------------------------------------------------

--------------+|MeshStatistics|+--------------------------------------------------------------------+DomainName:AirDuctMinimumOrtho

gonalityAngle[degrees]=20.4okMaximumAspectRatio=13.5OKMaximumMeshExpansionFactor=700.4!DomainName:Wate

rPipeMinimumOrthogonalityAngle[degrees]=32.8okMaximumAspectRatio=6.4OKMaximumMeshExpansionFactor=73.5!GlobalMeshQualityStatistics:Minimu

mOrthogonalityAngle[degrees]=20.4okMaximumAspectRatio=13.5OKMaximumMeshExpansionFactor=700.4!好的(OK)可接受的(ok)可疑的(!)Appen

dixA:MeshQualityA-13TrainingManual•正交性度量由以下组成:•ip-face法向向量,n,与•node-to-node向量,s.•正交性椅子=n·s,>1/3想要的•正交角=90º-acos(n·s),>20º想要的•这不同于CFD后处理中Max/Min面

角?YES!–对应于边之间角的面角–如果一单元在两个方向偏斜，可有一个可接受面角和一不可接受正交角CFX网格正交性AppendixA:MeshQualityA-14TrainingManualCFX网格扩展因子扩展因子度量相对控制体质心的差节

点位置•网格扩展因子≈节点周围的最大单元体积和最小单元体积的比<20是想要的•在CFD后处理中，网格扩展因子本质上和单元体积比是同样的AppendixA:MeshQualityA-15TrainingManualCFX网格纵横比纵横比度量控制体的伸长•纵横比=节

点周围每个单元最大和最小ip-areas的比的最大值,<100是想要的•在CFD后处理中，纵横比和边长度比很相似AppendixA:MeshQualityA-16TrainingManualCFX网格质量重要性•离散误差的来源–流量逼近法中非正交性引入误差–存储和源逼近法中大网格扩展引入误差

•离散误差的扩大–对减小非正交性误差的校正可引起非物理影响•线性化方程求解难点–大纵横比需要使用更多重要数字(如，双精度求解器的使用)为什么网格质量重要?AppendixA:MeshQualityA-17

TrainingManual网格质量影响要素•CAD问题–小边,尖锐边和面–边和面间小缝隙/通道–未连接几何体需确定CAD问题并消除AppendixA:MeshQualityA-18TrainingManual网格质量影响要素•网格分解和分

布–急剧变化的几何，不连续或小缝隙可能需要更多分解–适当的网格分布可预测物理条件不适当的分解和分布可能导致大的单元尺寸变化，纵横比和(或)偏斜AppendixA:MeshQualityA-19TrainingManual网格质量影响要素•尺寸

功能类型–不适当的使用(或根本不使用)高级尺寸功能(ASF)可能导致差网格质量–对弯曲特征支配的几何使用CurvatureASF–对有缝隙或狭窄成份的几何使用ProximityASF–对综合这些特征的几何使用CurvatureandProxim

ityASFASF可用来消除!AppendixA:MeshQualityA-20TrainingManual网格质量影响要素•划分方法–划分方法不适当的使用(自动,四面体,扫掠,多区和CFX-网格)会导致大的偏斜–划分方法的选择取决于几何和应用程序–使用Outline中Mesh对象下Showth

eSweepableBodies是一个好习惯–许多程序利用PatchConforming和扫掠划分方法Arelatively“good”meshintermsofmaxskewness,howevertheaverageandstandarddeviationa

relargeAppendixA:MeshQualityA-21TrainingManual网格质量影响要素•膨胀不适当的:–表面网格质量–膨胀表面选择–膨胀选项–膨胀算法(compression或stair-s

tepping层)–膨胀参数–高级膨胀选项可能导致差的网格质量!受影响的膨胀AppendixA:MeshQualityA-22TrainingManual改进网格质量策略•CAD清除使用CAD或DM:–简化几何–合并小边–合并边以减少面的数量–避免狭窄面–只在重要地方保留体间

隙–分解几何–移除不必要几何–几何相加–几何修补DM中分裂边/项目边/合并面后AppendixA:MeshQualityA-23TrainingManual改进网格质量策略•虚拟拓扑AM中使用VT在简化几何细节可在Outline中Model下添加创建虚拟边

/面可改进网格如果结果表面网格扭曲，则考虑修整DM或CAD中几何问题用宽面虚拟合并狭小面后AppendixA:MeshQualityA-24TrainingManual改进网格质量策略•收缩控制–允许在网格水平移除小的特征(小边或狭小面)–供Patch-Confo

rming四面体方法使用–当收缩标准合适的时候，小的特征从网格中消除用Outline中Mesh下PinchControls自动探测收缩位置AppendixA:MeshQualityA-25Trainin

gManual改进网格质量策略•Sensible网格尺寸和膨胀设置最小尺寸减少2X以适应狭小几何。结果网格质量得到改进。局部面尺寸也可能使用。AppendixA:MeshQualityA-26TrainingManual•一般建议–如果体网格满足以

下一个或更多条件，则认为不可接受:•FLUENT网格非常高的偏斜(>0.98)•退化单元(偏斜~1)•高纵横比单元•负体积–单元质量改进:•改进表面网格质量•移动网格节点•CAD修整几何问题如尖角,小边,合并面和/或分解几何•DM中Clean-up工具简化几何和它们的实体•

ANSYSMeshing程序中不同方法，全局和局部尺寸和参数•ANSYSMeshing程序中收缩控制消除小特征•ANSYSMeshing程序中虚拟拓扑以简化几何改进网格质量策略AppendixA:MeshQu

alityA-27TrainingManual混杂的•如果模型包含多个部件或体，需在Outline中Geometry对象下加亮它们来显示网格度量信息•影响体(BOI)技术也可用来控制网格质量和适当局部分解•

包括直方图的更多高级网格度量可通过FEM中FEModelerMeshMetrics展示•也可在CFD后处理中查看不同网格质量度量A-28汽车集流管的虚拟拓扑作业A.1AppendixA:MeshQualityA-29TrainingManual目标这个作业使用作业5.2的集流管

几何.这个几何包含很多有问题的小面和尖角。作业5.2中,PatchIndependent方法被用来生成了一个高质量网格，而不用修改几何。这个作业中将使用虚拟拓扑移除问题几何，然后使用默认的PatchConfor

ming网格划分方法。AppendixA:MeshQualityA-30TrainingManual开始项目1.启动ANSYS12.0Workbench2.点击左边工具箱中ComponentSystems3.双击Mesh选项将其添加到项目示图区4.在Pr

ojectSchematic中右击Geometry并选择ImportGeometry>Browse.选择Auto-Manifold.agdb文件AppendixA:MeshQualityA-31TrainingManual命名选项5.接下来,确定NamedSelections被引入

Meshing:6.右击cellA2然后选择Properties7.确保NamedSelections是选中的,并且NamedSelectionKey是空白的8.关闭Properties窗口AppendixA:MeshQuali

tyA-32TrainingManual编辑网格9.编辑网格(cellA3)–打开网格划分窗口10.抑制流体区域，对固体划分网格:•选择工具栏的Bodyselection图标•选择内部流体区域,以致其绿色加亮显示,然后右击并选择Su

ppressBodyAppendixA:MeshQualityA-33TrainingManual网格设置11.选择Outline中Mesh12.在Details中设置PhysicsPreference为CFD•这里假设固体中热传递用

CFD求解器求解13.展开Sizing选项，设置:•SpanAngleCenter=Medium•MinSize=1.0mm•MaxFaceSize=10.0mm•MaxTetSize=10.0mm14.右击Outline中Mesh并选择

PreviewSurfaceMesh•由于体是不可扫掠的,将应用默认的PatchConforming方法AppendixA:MeshQualityA-34TrainingManual检查网格•PatchConforming方法划分每个单独表面。在这个几何中将使某些面产

生差的网格质量。检查表面网格并注意差网格质量区域。通过在Geometry和Mesh间切换，使差网格质量区域和下表面几何相联系。这里显示了几个例子:AppendixA:MeshQualityA-35TrainingManual添加虚拟拓扑•虚拟拓扑允许合并相邻面，移除不想要的表面几何特征，并生成更

高质量网格。15.右击Model(A3)并选择selectInsert>VirtualTopology–VirtualTopology项添加到了Outline中•Details中注意Behaviour设为Low•右击VirtualTopology并选择GenerateVirtu

alCells15.自动使用“Low”合并策略创建虚拟单元。“Medium”和“High”策略可能导致更多面合并成虚拟单元AppendixA:MeshQualityA-36TrainingManual虚拟拓扑•当选择了VirtualTopology，指示器会

显示所有已创建的虚拟单元。•检查新的表面几何，注意到大多问题面已被合并为一个cleaner表面几何17.Details中将Behaviour改为Medium•右击VirtualTopology并选择GenerateVirtualCells•注意更多的面合并到虚拟单元18.尝

试使用Behaviour的High选项生成虚拟单元•如右边所示，这个选项不能作用于这个几何19.切换回Medium选项，重新生成虚拟单元AppendixA:MeshQualityA-37TrainingManu

al检查改进网格20.重新生成表面网格，并检查前面出现差质量网格的区域•应该发现表面得到很大地改进21.仍然有些区域的网格需要改进.下面箭头标示的是其中一个区域.•如果放大并检查几何，会发现表面的边上有个缺陷AppendixA:MeshQualityA-38Train

ingManual手动添加虚拟单元22.可手动添加虚拟单元进一步改进网格•拾取工具栏的Faceselection图标•视图方向大约如下所示(注意X-Y轴)•从Outline中选择VirtualTopology•选择如下4个

面,然后右击并选择Insert>VirtualCell1243AppendixA:MeshQualityA-39TrainingManual检查改进网格23.重新生成网格，再次检查前面出现差质量网格的区域。•看到改进的表面网格•如有必要继续添加VirtualCells•

在某些情况，自动添加可能会合并一些并不想合并的面。可选择VirtualTopology项下的VirtualFace并右击delete来删除个别虚拟单元.24.右击Mesh并选择GenerateMesh生成最终固体网格AppendixA:MeshQualityA-40TrainingManual

察看流体•下一步是创建流体区域的网格25.在Outline中展开Geometry>Partsection•右击第一个固体并选择HideBody来隐藏固体区域•右击被抑制的(第二个)固体并选择UnsuppressBody•

对第二个选择固体,在Details视窗展开GraphicalPropertiessection并设置Transparency为1AppendixA:MeshQualityA-41TrainingManual添加膨胀26.从Ou

tline选择VirtualTopology•流体区域的虚拟单元早已建立27.检查自动虚拟单元看是否合理•模型中应该没有小面残留28.下一步是对流体壁添加膨胀•右击Mesh并选择Insert>Inflation•在Geometry栏

需选择对应流体区域的固体，然后点击Apply26.一旦已选择了固体，在Boundary栏点击NoSelection，出现Apply/Cancel按钮AppendixA:MeshQualityA-42TrainingManual创建流体网格•现在选择模型的非入口或出口的一个面•从工具栏选择Exten

dtoLimitst:–选择所有流体壁•点击Boundary栏的Apply29.右击Mesh并选择GenerateMesh生成最终网格AppendixA:MeshQualityA-43TrainingManual检查网格质量30.展开Statistics

项并设置MeshMetric为Skewness.注意最大偏斜在FLUENT求解器可接受范围内.31.如果生成了无虚拟拓扑的网格,最大偏斜将相当高。无虚拟单元AppendixA:MeshQualityA-44TrainingManual流体区域网格无虚拟拓扑虚拟拓扑A-45FLUENT和CF

X网格质量度量作业A.2AppendixA:MeshQualityA-46TrainingManual目标•这个作业将示范如何应用ANSYS网格划分程序对一内部流动场生成inisCFD网格•几何表示的是航空航天

气阀部分,已分解为3个体•目标是生成包含六面体，棱锥，棱柱和收缩控制四面体单元的共形混合CFD网格，并对Fluent和CFX求解器参数选择检查网格质量AppendixA:MeshQualityA-47TrainingManual创建网格划分系统1.从开始菜单

启动ANSYSWorkbench2.点击左边工具箱的ComponentSystems3.双击Mesh选项AppendixA:MeshQualityA-48TrainingManual4.右击(RMB)Ge

ometry按钮并选择ImportGeometry(一旦输入了几何文件，问号标记消失)5.从指南文件夹输入Aero-Valve.agdb文件6.双击项目示图区的Mesh按钮，启动网格划分程序输入几何AppendixA:MeshQua

lityA-49TrainingManual几何7.初始几何是一个固体部件，流体区域在DesignModeler(DM)中被分离出。DM中执行的其他操作：•定义气阀位置参数•关闭出口端•创建多体部件，

并命名“Fluid”，材料为“Fluid”•重命名个别体，NamedSelection用来定义Inlet和Outlet7.尖角处倒圆角以改进网格质量AppendixA:MeshQualityA-50TrainingManual8.在网格划分选项面板，选

择以下选项:•PhysicsPreference–CFD•MeshMethod–Automatic•完成选项后点击OK•单位设为mm网格划分选项AppendixA:MeshQualityA-51TrainingManual9.设置全局网格控制参数:•点击Mes

h来改变设置•校正Defaults–PhysicsPreference•CFD–SolverPreference•Fluent或CFX–最初使用Fluentisusedinitially,但CFX设置的结果也会呈现•设置Sizing参数–设置UseAdvancedSizeFunct

ion•On:Curvature–设置CurvatureNormalAngle为15°–设置MinSize为0.20mm–保留其它默认设置全局网格参数AppendixA:MeshQualityA-52TrainingMa

nual10.设置Inflation参数•点击UseAutomaticTetInflation下拉列表并选择ProgramControlled,保留其它默认值•MaximumLayers设为4•激活ViewAdvancedOptions11.设置Pinch控制•设置PinchT

olerance=0.15mm•激活GenerateonRefresh10.MeshMetrics设为Skewness(对Fluent)膨胀和收缩参数注意:ProgramControlledInflation将对所有没指定NameSele

ction的边界添加膨胀.不对Fluid-Fluid界面添加膨胀注意:SmoothTransition使在膨胀层和四面体网格间按定义的GrowthRate过渡注意:LayerCompression对Fluent是默认的Collisi

onAvoidance选项而StairStepping对CFX默认注意:当边长度或顶点间距离小于收缩容差的时候，软件将在划分中忽略边或去除额外的顶点注意:PinchTolerance应小于尺寸功能最小尺寸AppendixA:MeshQua

lityA-53TrainingManual13.建立收缩控制:•在树状结构图中点击鼠标右键(RMB(Tree))•选择CreatePinchControls–创建10个收缩控制(展开Mesh按钮列出pinchcontrols)收缩控制AppendixA

:MeshQualityA-54TrainingManual查看收缩控制14.查看收缩控制•Ctrl鼠标左键–选择Pinchcontrols,在视图窗口会加亮显示AppendixA:MeshQualityA-55TrainingManual15.对入口和出口体指定扫掠方法:扫掠方法•选择Mesh按

钮•选择体(如下所示)–CursorMode设为BodySelection–左击(选择)一可扫掠体–按住Ctrl键并选择第二个体•插入方法–在图形窗口点击鼠标右键(RMB(Window))–Insert-Method•出现“AutomaticMethod”表格•在AutomaticMeth

od表格中–从下拉菜单选择SweepAppendixA:MeshQualityA-56TrainingManual16.设置扫掠方法控制•Src/TrgSelection;–选择ManualSource–

点击Source选择栏•将激活面拾取–按住Ctrl键并拾取入口和出口面–点击Apply–额外设置•设置FreeFaceMeshType;AllQuad•设置SweepNumDivs;20•设置SweepBiasType;_________•设置SweepBias;4

扫掠方法设置InletOutletAppendixA:MeshQualityA-57TrainingManual17.扫掠体上的2D-膨胀:•拾取面;–CursorMode设为FaceSelection–选择入口和出

口面(绿色的)–RMB(窗口)Insert-Inflation•拾取边–CursorMode设为Edgeselection–选择环绕入口和出口面的4条边(红色标记的)–点击Apply•膨胀设置–设置Ma

ximumThickness:•3.0mm–保留所有其他选项扫掠膨胀AppendixA:MeshQualityA-58TrainingManual18.模型的表面网格划分:•右击Mesh并选择PreviewSurfaceMesh–提供网格质量和密度的

反馈–AdvancedSizeFunction在扫掠体中创建非常细化的网格,•可通过在入口和出口上定义边间隔来减小尺寸初始表面网格AppendixA:MeshQualityA-59TrainingManual边尺寸19.扫掠体上边网格:•插入EdgeSize;–激活边拾取–选择环绕入口和出口

面的4条边–右击–Insert->Sizing•设置参数–改变Type•NumberofDivisions;20–改变Behavior;HardAppendixA:MeshQualityA-60TrainingManual20.检查膨胀层:(任选的)•右击Mesh并选择PreviewInflat

ion–查看网格Statistics,网格尺寸和最大偏斜大约分别是310000和0.92–准备好体网格划分预览膨胀.AppendixA:MeshQualityA-61TrainingManual21.划分模型:•RMB(Tree

)选择GenerateMesh–再次检查Statistics，单元总数和最大偏斜将大约分别是926000和0.92Fluent设置的体网格.AppendixA:MeshQualityA-62TrainingManual22.创建SectionPlane:•点击右下角的Z-轴给模型

定向•点击SelectionPlane图标•按下并按住鼠标左键沿显示的红色箭头方向移动然后释放•SectionPlane的位置可通过移动滑块来调整•点击“ShowWholeElement”•重新选择旋转按钮调整视图使用截面位面查看内部网格AppendixA:MeshQual

ityA-63TrainingManual23.旋转几何查看网格•点击鼠标右键(Tree)，并选择ShowWorstElements–注意到其位置远离主要流场查看最坏单元提示:从‘View’菜单选择‘Wireframe’帮助选

择单元AppendixA:MeshQualityA-64TrainingManualCFX求解器优选项24.使用CFX求解器优选项(任选的)•改变SolverPreference:CFX•RMB(Tree)选择GenerateMesh–对CFX求解器的设置，最大偏

斜值很高。AppendixA:MeshQualityA-65TrainingManual25.检查FEModeler中网格质量(任选的)•网格划分程序–RMB(Tree)Update–关闭网格划分程序•Workbench2–将FEMo

deler拖放到项目示图区中Mesh上部–双击Model•FEModeler–RMB(Tree)插入MeshMetrics–MeshMetrics–气阀–4节点线性四面体–设置MeshMetric类型:AspectRatio–最大纵横比小于50检查FEModeler中网格质量.Append

ixA:MeshQualityA-66TrainingManual保存项目26.完成了网格•选择File>Close来关闭FEModeler•在WB面板选择Update•在WB面板选择File>SaveProjectAs…并

给出项目名26.选择File>Exit退出ANSYSWorkbench