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基于网格划分的计算流体力学模拟研究在工程领域，计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）已成为一种常见的分析工具，主要用于模拟流体的运动和相应变化，对工程设计和制造等过程进行优化和改进。
在CFD模拟中，网格划分是非常关键的一个环节，它决定了模拟结果的准确性和计算效率。
本文将重点探讨基于网格划分的CFD模拟，并对其研究意义和应用前景进行深入阐述。
1、CFD模拟的基本原理CFD模拟是一种基于数值方法的分析技术，它通过数值模拟来解决流体力学问题。
CFD模拟的基本原理是将流体运动的方程通过数值离散化的方法，转化为一个求解差分方程组的计算问题。
通常采用有限元、有限体积或有限差分等数值方法，将物理问题转化为离散的数值问题。
CFD模拟的基本步骤包括：建立模型、离散化、求解数值方法、结果后处理等。
2、网格划分在CFD模拟中的重要性CFD模拟的计算精度和计算效率都与网格划分有关。
网格划分影响着模拟结果的精度和计算速度，目前工程领域中常用的网格划分方法主要包括结构化网格和非结构化网格两种。
结构化网格是一种规则网格划分方法，具有较高的计算效率和精度，适用于处理简单的几何形状。
非结构化网格则是一种给定形状的无规则网格划分方法，适用于复杂的几何形状。
非结构化网格的精度较高，但计算效率被约束。
根据不同的工程需求和实际问题，选择合适的网格划分方法是为了获得最优的计算精度和计算效率。
3、基于网格划分的CFD模拟研究应用场景在工程领域，CFD模拟广泛应用于飞行器、汽车、船舶、建筑等领域中的气体和流体流动分析。
其中，航空航天领域是CFD模拟的重要应用领域之一，飞行器的气动力学分析、热力学分析和马赫数相关分析等都需要CFD模拟的支持。
另外，在汽车、船舶领域中，CFD模拟也发挥着重要作用，例如汽车外形优化、飞跃撞波的分析等。
4、CFD模拟研究的发展趋势和前景展望随着科技的发展，CFD模拟技术得到了广泛的研究和应用。
CFD网格的分类,如果按照构成形式分,可以分为结构化和非结构化结构化:只能有六面体一种网格单元,六面体顾名思义,也就是有六个面,但这里要区分一下六面体和长方体。
长方体(也就是所有边都是两两正交的六面体)是最理想完美的六面体网格。
但如果边边不是正交,一般就说网格单元有扭曲(skewed).但绝大多数情况下,是不可能得到完全没有扭曲的六面体网格的。
一般用skewness 来评估网格的质量, sknewness=V/(a*b*c).这里V是网格的体积,a,b,c是六面体长,宽和斜边。
sknewness越接近1,网格质量就越好。
很明显对于长方体,sknewness=1.那些扭曲很厉害的网格, sknewness很小。
一般说如果所有网格sknewness>0.1也就可以了。
结构化网格是有分区的。
简单说就是每一个六面体单元是有它的坐标的,这些坐标用,分区号码(B),I,J,K四个数字代表的。
区和区之间有数据交换。
比如一个单元,它的属性是B=1, I=2,J=3,K=4。
其实整个结构化单元的概念就是CFD计算从物理空间到计算空间mapping的概念。
I,J,K可以认为是空间x,y,z 在结构化网格结构中的变量。
三维网技术论坛! p9 T0 u2 z+ @, i6 c非机构化:可以是多种形状,四面体(也就三角的形状),六面体,棱形。
对任何网格,都是希望网格单元越规则越好,比如六面体希望是长方形,对于四面体,高质量的四面体网格就是正四面体。
sknewness的概念这里同样适用,sknewness越小,网格形状相比正方形或者正四面体就越扭曲。
越接近1就越好。
很明显非结构化网格也可以是六面体,但非结构化六面体网格没有什么B,IJK 的概念,他们就是充满整个空间。
对于复杂形状,结构化网格比较难以生成。
主要是生成时候要建立拓扑,拓扑是个外来词,英语是topology,所以不要试图从字面上来理解它的意思。
其实拓扑就是指一种有点和线组成的结构。
文章编号: 1005 0329(2010)04 0032 06技术进展流体机械CFD中的网格生成方法进展刘厚林,董 亮,王 勇,王 凯,路明臻(江苏大学,江苏镇江 212013)摘 要: 网格生成技术是流体机械内部流动数值模拟中的关键技术之一,直接影响数值计算的收敛性,决定着数值计算结果最终的精度及计算过程的效率;本文在分析大量文献的基础上,首先,对流体机械CFD中的网格生成方法即结构化网格、非结构化网格、混合网格进行了比较全面的总结,系统地分析这些网格划分方法的机理、特点及其适用范围;其次,对特殊的网格生成技术,如曲面网格生成技术、动网格技术、重叠网格生成技术、自适应网格技术进行了阐述;再次,指出了良好的网格生成方法应具备的特点;最后提出了网格生成技术的发展趋势。
关键词: 流体机械;网格生成;计算流体动力学;动网格;自适应网格中图分类号: TH311 文献标识码: A do:i10.3969/.j i ssn.1005-0329.2010.04.008Overvie w onM esh Generati o n M et hods i n CF D of F lui d M achineryL IU H ou-lin,DONG L iang,W ANG Y ong,W ANG K a,i LU M i ng-zhen(Jiangsu U n i v ers it y,Zhenji ang212013,Ch i na)Abstrac t: M esh genera ti on techno logy i s one of the cr iti ca l technology f o r fl u i d m ach i nery fl ow nume rica l s i m u l at-i on,and d-i rectly i nfl uence t he astr i ngency o f nume rical si m u l a ti on,wh ich has an i m portan t e ffect on the nu m er ica l s i m u l a tion results,fi na l precision and the effi c i ency o f compu tati onal process.O n the bas i s o f analyzi ng a great dea l litera t ures,firstl y,m esh genera ti on m ethods and t heory of fluid m ach i nery are comprehens i ve l y su mm ar i zed such as structured mesh,unstructured mesh,hybrid gr i d and respecti ve re lati ve m erits and the pr i nciple,charac teristcs and scopes of t hese m ethods we re sy stema ti ca lly ana l ysed.Second-ly,Spec i a lm esh generation m ethod w ere su mm ar i zed,such as surface m eshi ng,m ov ing gr i d,adapti ve gr i d and especiall y i ntro-duced the pr i nci p le and app licati on areao f adapti ve g ri d.T h irdly,the character i sti c o f m esh g enerati on m e t hod w ere pion ted out.F i na lly,t he trends of mesh generati on are presen ted,and the tre m endous d ifference i s analyzed i n mesh au t om atic gene ra tion at a-broad and the necessary o f exp l o iti ng CFD soft w are and resea rchi ng the m esh auto m atic gene ration techn i que i n our country are put forwa rd.K ey word s: fl uids m achi nery;m esh g enerati on;co m puta ti ona l fl u i d dyna m ics;mov i ng gr i d;adaptive gr i d1 前言计算流体动力学(CFD)中,按一定规律分布于流场中的离散点的集合叫网格,产生这些节点的过程叫网格生成。
关于 CFD 高精度保真的数值模拟研究张涵信【摘要】This paper consists of four parts.First,the requirement of fidelity and its assess-ment indicator for numerical results with high order accurate methods,meshes,physical models and high performance computer are investigated.Second,the problems in large eddy simulation and direct numerical simulation with high performance computer are discussed.Third,the rela-tion between numerical scheme and mesh is analyzed for solving Navier-Stokes equations with given high Reynolds number.Finally,a new method for verification and validation of CFD simu-lation is proposed.%本文由四部分组成。
第一部分研究了利用高阶格式、网格、物理模型和高性能计算机求解 NS 方程时，计算数据的高精度保真性的要求以及高精度保真的指标。
第二部分研究了利用大规模计算开展大涡模拟和直接数值模拟存在的问题。
第三部分分析了在高雷诺数下 NS 方程计算方法和网格的关系。
最后提出了建立计算数值验证、确认的新方法。
【期刊名称】《空气动力学学报》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】4页(P1-4)【关键词】保真高精度;大涡模拟(LES);网格和格式的关系;验证确认【作者】张涵信【作者单位】中国空气动力研究与发展中心，四川绵阳 621000【正文语种】中文【中图分类】V211.3空气动力学中流动物理方程建模的研究，方程求解高阶算法的发展，网格生成技术的进步，超大规模计算机的迅速出现及并行算法的研究，再加上实验设备的发展和测试技术的提高，使得航空航天等工程设计者尽管在不同设计阶段需要的气动数据精度可以不同，但为了提高飞行器的性能，扩大飞行走廊［1］，总要求气动工作者所提供的CFD和实验数据是高精度保真的。
计算流体力学模拟中的网格生成方法及优化概述:计算流体力学（CFD）模拟是一种通过数值计算方法来模拟流体力学问题的技术。
在进行CFD模拟时，一个重要的步骤是生成适合模拟的网格。
网格的质量和适应性对CFD模拟的准确性和计算效率具有重要影响。
本文将介绍计算流体力学模拟中常用的网格生成方法以及优化措施。
一、网格生成方法:1. 结构化网格生成方法:结构化网格生成方法是一种将空间分割成规则拓扑结构的网格生成方法。
它的主要优点是适用于几何较简单的模型，计算速度较快。
常见的结构化网格生成方法包括直线加密法、均匀加密法、双曲型加密法等。
2. 非结构化网格生成方法:非结构化网格生成方法是一种将空间划分成不规则形状的网格的生成方法。
它适用于几何较复杂的模型，并且在处理流动现象中的复杂几何和边界条件时更具优势。
在非结构化网格生成中，常用的方法包括三角形剖分法、四面体剖分法和网格点移动法等。
3. 自适应网格生成方法:自适应网格生成方法是一种根据计算区域中流场的变化来调整网格的分布和密度的方法。
通过自适应网格生成方法，可以将网格精细化于流场变化较大的区域，从而提高模拟的准确性和精度。
常用的自适应网格生成方法包括几何适应方法和解适应方法等。
二、网格优化措施:1. 网格质量优化:网格质量对CFD模拟的准确性和计算效率具有重要影响。
因此，在网格生成后，通常需要进行网格质量优化。
常见的网格质量指标包括网格形状、网格扭曲度、网格尺寸、网格变形等。
通过调整网格节点的位置或调整连接节点的几何关系，可以优化网格的质量。
2. 网格适应性优化:为了更好地模拟流场中的局部细节，对于具有复杂边界条件的CFD模拟，网格适应性优化非常重要。
通过根据流场的局部变化来调整网格的分布和密度，可以提高模拟的准确性和计算效率。
常见的网格适应性优化方法包括加密区域网格划分方法、最大垫片法和自适应加密方法等。
3. 网格更新优化:在进行CFD模拟过程中，流场可能会有较大的变化，因此，为了保证模拟的精度和计算效率，需要进行网格更新优化。
