三种网格生成程序生成结构网格的比较--gambit篇
- 格式:doc
- 大小:1.10 MB
- 文档页数:12
gambit网格划分基本类型:(一)Mesh Face :面划分Element :Quad:四边形网格Tri:三角形网格Quad/Tri:四边形和三角形网格混合Type :1、map:建立规则的四边形结构性网格2、submap:将不规则的区域划分为几个规则的区域3、pave:非结构性网格4、Tri Primitive:将一个三角形区域划分为三个四边形区域,并同时划分为四边形网格5、Wedge Primitive:将一个楔形的尖端划分为三角形网格,沿着楔形向外辐射,划分为四边形网格(二)Mesh Volume:体划分Element :Hex:六面体网格Hex/Wedge:以六面体为主,在适当的位置包括楔形网格Tet/Hybrid:以四面体为主,在适当的位置上包括六面体、锥形和楔形网格Type :1、map:建立规则的结构化六面体网格2、submap:将不可结构化划分的体积进行分割,再建立map网格3、tet primitive:将四面体分成多个六面体,再对各区域建立map网格4、cooper:通过源面对整个体进行网格样式的扫描,适用于逻辑圆柱体5、stairstep:建立规则六面体网格和相应的微小体积来近似原来的几何体形状,椭圆体。
6、tgrid:将网格指定为四面体元素,但是在适当处可能包括六面体、金字塔形和楔形网格划分方法:(一)MESH FACE FORM1、Map Scheme:4*End+N*Side(1)Periodic(周期性) map Scheme: N*Side,针对圆柱面(2)Face(面)Mapple操作方法:(1)打开“Face Vertex form”对话框,选择用圆圈标注的点,将其修改为“S”类型;然后,打开“Mesh Face Form”对话框,划分网格。
或者(2)在“Mesh Face Form”对话框中,直接将schemme(框架)修改为“Map”。
4*End+L*Side+M*End+Corner+N*2*End+Reverse2、Submap:()()修改方法同2:“E ”改成“S ”。
实例90度弯管内流体的流动分析本实例通过对简单三维弯管内流体流动的分析,介绍运用FLUENT进行数值仿真计算的基步骤。
一、实例概述在实际输水、输油过程中经常会遇到弯管管路。
如图1.1为水平放置的90度水平弯管,空气从左侧进入,从右侧出去,空气的入口流速为0.01m/s。
下面我们就用FLUENT来进行管内流场的模拟。
图1.1 弯管基本尺寸二、模型的建立1.双击GAMBIT的桌面快捷方式,弹出GAMBIT启动对话框,单击run按钮,即启动了GAMBIT。
图1.2 GAMBIT启动对话框2.单击,在Creat Real Circular Face面板的Radius对话框中输入10,在Plan面板中选择YZ,单击Apply得到如下图1.4所示的圆面。
图1.3 圆的绘制图1.4 在YZ平面上的圆3. 单击右击,在Sweep face 中选择face.1,在Path选项中选择Vector,在单击Define按钮,在Vector Definition面板中选择X轴正方向,在大小中选择100,如图1.6所示,然后单击Apply按钮即得到图1.7所示的圆柱体。
图1.5 Sweep face面板图1.6 Vector Definition 面板图1.7 圆柱体4.弯管的建立,需要移动坐标原点。
如下图 1.8所示,单击,建立新的坐标原点。
新的坐标系如图1.9所示。
图1.8 坐标面变换对话框图1.9 新的坐标原点5.弯管的建立,单击,在Face 中选择face2,转动角度为90度,转动轴为Z轴正方向,单击Apply即可。
图1.10弯管的绘制图1.11 弯管图6.采用与上一步建立圆柱体相同的方法建立另支直管,通过拉伸弯管的面来得到另一个直管,从而得到三维的弯管模型,如图1.12所示。
图1.12 弯管物理模型三、网格的画分1.激活另一个坐标系。
选择c-sys.1。
图2.1 激活坐标面板图2.2 选择坐标2.在入口面上进行网格画分。
第二章前处理软件-Gambit网格划分基础第一节网格生成技术网格生成是CFD计算的一个关键步骤,当物体外形复杂程度较大时,网格生成技术将起到至关重要的作用。
网格可分为两大类:结构网格和非结构网格。
一、结构网格生成技术过去普遍采用的是结构网格。
所谓结构网格就是网格拓扑相当于矩形域内均匀网格的网格。
为了便于处理物面边界条件,常要求结构网格具有贴体性质,即通过坐标变换,使物体的几何边界成为坐标面(线)。
现有的结构网格的生成方法基本上可分为以下四大类:1、代数生成方法。
其特点是根据边界上规定的网格点位置(或者附加一些参考点位置),用插值方法确定所有其它网格点的位置。
它具有简便灵活、计算速度快的突出优点,但对复杂的几何形状往往难以找到合适的插值函数。
2、保角变换方法。
它能生成完全正交的贴体网格,计算机时也少,但局限于二维情况,且对物体形状往往有很大限制。
3、偏微分方程方法。
其特点是通过求解偏微分方程的边值问题来确定区域内网格点分布。
它具有较大的适应性,且生成的网格质量很好,特别是椭圆型方程生成的网格通常是光滑和均匀变化的,同时调和函数的极值性质保证了网格生成时物理空间和计算空间之间的一一对应关系,但网格较密时,一般需要较长的计算时间。
4、变分原理方法。
在这类方法中,将生成网格所希望满足的要求表示成某个目标函数(泛函)取极值。
这种方法常用于生成自适应网格,因为可以比较方便地将自适应网格的要求用某个变分原理来表示,然后再导出和该变分原理相应的偏微分方程,即Euler 方程。
采用结构网格总的优点是可以方便准确地处理边界条件,计算精度高,并且可以采用许多高效隐式算法和多重网格法,计算效率也较高。
缺点是对复杂外形的网格生成较难,甚至难以实现;即使生成多块结构网格,块与块之间的界面处理又十分复杂,因而在使用上受到限制。
二、非结构网格生成技术为了灵活方便地数值模拟绕复杂外形的流动,在20世纪80年代末人们提出了采用非结构网格的技术手段,现已成为研究的热点之一。
最近一直在学习圆柱体的网格的画法,虽然圆柱体看起来很简单,但要划分高质量的网格确不容易。
这里总结的是网上高手们分享的一些画法,集中起来,便于大家一起学习。
方法一:用Gambit创建一个高200,半径为100的圆柱,取顶面圆的边进行网格划分,设取点数量internal count 为40,然后选择体网格划分,其中elements选HEX/Wedeg,type 选cooper,其余保持默认。
优点:简单,网格质量比用四面体网格质量好多了。
缺点:中间网格质量较差,且侧面网格长度不易控制。
方法二[1]:创建网格,并将圆柱从圆中间split成两个半圆柱体。
顶面圆网格点的划分参照方法一,然后画选取一侧边进行网格划分,并设侧边internal count为20。
然后进行体网格划分,保持默认,划分网格。
这种网格的网格质量较上一种较好,中间网格质量得到了较大改善。
方法三[1]:辐射式网格画法。
这种网格在圆面呈从圆心到四周辐射开去的形状。
创建圆柱,并将圆柱split成3/4个圆柱和1/4圆柱。
点击mesh-face,然后再点击第一行第四个按钮,再在face栏中选中1/4的圆面,Type选择trielement,vertices选中该面的圆心,然后点击apply。
做完这步后在按照同样方法处理3/4的圆面。
然后先对边进行网格划分,半径的edges的internal count设为10,1/4圆弧设为10,3/4圆弧设为30,再对面进行网格划分,画图如下,最后进行体的划分。
这类网格优点在外围网格质量非常高,但在中间部分网格则很差。
方法四[2]:这种方法采用的是map类型进行划分。
先建立圆柱,然后将圆柱的圆环面split 成四个面,如下图所示。
点击mesh-face,再选择第一行第四个按钮,face选择顶面圆,type 选择end,vertices则将面上的四个点全选,点击apply。
同样,再选择地面圆,type选择end,vertices将地面的四个点全选,点击apply。
gambit做网格的简单介绍Gambit中网格的子选项需要注意的是:上面的网格类型子选项在你选定网格类型后未必都可以实现,也即未必与你选定的网格类型可以组合,这是你可以尝试找到最适合你需要的子选项和类型。
图1 submap 图2 paveQuad-Map Meshing SchemeOption DescriptionMap Creates a regular, structured grid of mesh elements(建立规则,结构化的网格元素)Submap Divides an unmappable face into mappable regions and creates structured grids of mesh elements in each region (该区域不能做结构化网格,使用该种格式,先会自动对该区域分区,然后在不同的区域用结构化的网格。
)见下图1 Pave Creates an unstructured grid of mesh elements(建立非结构化的网格元素)见下图2Tri Primitive Divides a three-sided face into threequadrilateralregions and creates a mapped mesh in each region(主要针对三边的情况,若为多条边,则无法使用次方法)Wedge Primitive Creates triangular elements at the tip of a wedge-shaped face and creates a radial mesh outward from the tip(四边形网格不存在该选项,只有与tri混合时才会有该选项)如上图所示,一般情况下,对一个四边形区域进行quad-map划分,但是,并不是所有的四边形都符合这类划分,想要quad-map划分,必须满足下面两点:节点类型(上面的图中,就是四个角点的类型)对应边(eadg)的插值点的数目是否相等,只有相等才可以划分成quad格式Quad-map应用的节点类型的详细介绍:一般情况下,只有多边形组成一个逻辑矩形时,才可以划分为quad-map网格。
一、网格形状考虑到FLUENT使用的是有限体积法,因而不同类型网格有不同的优势[1]。
对于三维问题,六面体网格更容易实现壁面处的正交性原则,因而计算精度较高,速度快,但是对型面逼近较差。
四面体网格的优点在于能够容易地生成网格,逼近壁面程度高,但是计算精度不高,且生成网格数量太大,因而计算量较大。
对于二维的三角形与四边形网格也有类似的结果。
二、结构化与非结构化网格1.结构化网格从严格意义上讲,结构化网格是指网格区域内所有的内部点都具有相同的毗邻单元。
结构化网格是正交的处理点的连线,也就意味着每个点都具有相同的毗邻单元。
结构化网格是正交的处理点的连线,也就意味着每个点都具有相同数目的邻点。
结构化网格有很多优点。
●它可以很容易地实现区域的边界拟合,适用流体和表面应力集中等方面的计算。
●网格生成的速度快。
●网格生成的质量好。
●数据结构简单。
●对曲面或空间的拟合大多数采用参数化或样条插值的方法得到,区域光滑,与实际的模型更容易接近。
结构化网格典型的缺点是适用的范围比较窄,有其随着近几年计算机和数值方法的快速发展,人们对求解区域的复杂性的要求越来越高。
在这种情况下,结构化网格生成技术就显得力不从心了。
结构化网格的生成技术主要包括代数网格生成方法,主要应用参数化和插值的方法,对处理简单的求解区域十分有效,而PDE网格生成方法主要用于空间曲面网格的生成。
2.非结构化网格同结构化网格的定义相对应,非结构化网格是指网格区域内的内部点不具有相同的毗邻单元,即与网格剖分区域内部的不同内部点相连的网格数目不同。
对于非结构网格来说,也就是不规则的连接,每个点周围的点的数目是不同的。
对于FLUENT来说。
O型网格,具有零厚度壁面的网格,C型网格,块结构网格以及非结构的三角形、四边形与四面体、六面体网格都可以被接受。
三、Gambit划分实体网格①划分面网格Gambit软件对于面网格的划分提供了3种网格组成元素类型(Elements),即四边形(Quad)、三角形(Tri)和四边形/三角形(Quad/Tri)混合划分。
第二篇预处理技术第三章 GAMBIT网格划分基础GAMBIT软件是Fluent 公司提供的前处理器软件,它包含功能较强的几何建模能力和强大的网格划分工具,可以划分出包含边界层等CFD特殊要求的高质量的网格。
GAMBIT 可以生成FLUENT6、FLUENT5.5、FIDAP、POLYFLOW等求解器所需要的网格。
使用Gambit 软件,将可大大缩短用户在CFD应用过程中建立几何模型和流场以及划分网格所需要的时间。
用户可以直接使用Gambit软件建立复杂的实体模型,也可以从主流的CAD/CAE系统中直接读入数据。
Gambit软件高度自动化,可生成包括结构和非结构化的网格,也可以生成多种类型组成的混合网格。
如果你熟练掌握了GAMBIT, 那么在CFD应用中你将如虎添翼。
让我们赶紧进入GAMBIT的学习吧。
3.1 对连续场的离散化处理现阶段对非定常(完全)N-S方程的直接数值求解往往受到计算机运行速度和内存大小的限制尚不现实,而且工程上对瞬时流场也不感兴趣,因此在实际应用中一般是从简化的数学模型出发,并要在简化模型的复杂程度和可处理的几何外形的复杂程度之间作出某种权衡,要求对模型的合适程度和计算的可行性(物理上和几何上)作出判断。
目前计算流体力学完全可以模拟具有复杂几何外形的简单物理问题或者模拟具有简单几何外形的复杂物理问题,而不能完全模拟既具有几何复杂性又具有物理复杂性的问题,对此仍在进一步发展中。
完全N-S方程按时间平均并按从高到低的层次可简化成雷诺平均N-S方程、边界层方程、无粘非线性方程(如Euler方程、位势方程、跨音速小扰动方程)、无粘线性方程(如Lap1ace方程)等。
从数值求解上述控制方程的进程来看,20世纪60年代解决了无粘线性方程的求解,已能用无粘线性方程模拟相当复杂外形的小攻角绕流,并有大量的实用软件;20世纪70年代主要集中于无粘非线性全位势方程和Eu1er方程的求解,已能用于模拟许多复杂外形的亚、跨、超音速绕流;20世纪80年代较集中于求解雷诺平均N-S方程及其它近似的N-S方程,着重解决定常问题,已取得了丰硕的成果,并趋于成熟;20世纪90年代开始了非定常粘性流场模拟的新局面,并且它已逐渐成为计算流体力学的发展主流。
一.边界层边界层是指定与边或者面相邻区域的网格接点的距离,目的是控制网格密度,从而控制感兴趣区域计算模型的有用的信息量。
例如:在一个液体流管中,我们知道靠近壁面处的速度剃度大,而中心处的速度剃度小,为了使得壁面处的网格密而中心处的网格稀疏,我们就在壁面处加一边界层。
这样我们就能控制网个密度。
要定义一个边界层,你要定义以下参数:1)边界曾依附的边或者面2)指定边界层方向的面或者体3)第一列网格的高度4)相邻列之间的比例因子5)总列数,指定了边界层的深度同时,你也可以指定一个过度边界层。
要指定一个过度边界层,你需要定义以下参数(过度模式,过度的列数)1)生成边界层需要定义以下参数:i)size:包括指定第一列的高度和相邻列的比例因子ii)internal continuity :当在体的某个面上施加边界层时,gambit会把边界层印在与这个面相邻的所有面上,如果在体的两个或者更多的面上施加边界层,那么边界层就有可能重叠,internal continuity 这个参数就决定了边界层如何重叠当选择internal continuity 时,gambit不会在相邻的面上互相施加边界层否则就会在相邻的面上互相施加边界层具体可以看guide的图示:同时这个参数还影响施加了边界层的体可以采用何种方式划分网格corner shape :gambit 允许你控制conner(即边界层依附的的两条边的连接点处)附近区域网格的形状iii)Transition Characteristics需要定义以下两个参数:Transition pattern指的是边界层远离依附边或者面那一侧的节点的排布情况Number of transition rows这个列数肯定要小于前面指定的那个列数。
iv)Attachment Entity and Direction指定方向非常重要,可以通过鼠标和list 对话框来完成。
二)边划分网格1)mesh edges(在边上生成节点)你可以在一个模型的任何一条边上或者所有边上生成网格节点或者对其进行划分而不生成网格节点。
关于网格划分在数值仿真中的重要性,在此就不多说了,相信做这个的版友都了解。
下面我就说说GAMBIT学习和使用的一点感受吧。
欢迎批评指正和补充,谢谢!首先,在网格划分之前,你最好从数值仿真的全局出发,比如精度要求,计算时间要求,机子配置等等,思考一下是使用结构网格,还是非结构网格,抑或是混合网格;因为这关系到接下来的网格划分布置和划分策略。
然后,在确定了网格类型之后,就是根据模型情况,构思一下网格拓扑,就是自己要明确最终想得到什么样的网格,比如翼型网格,是C型,还是O型;一个圆面是想得到“内方外圆”的铜钱币类型的网格,还是一般的网格,等等。
这一步有时可能不太清楚,自己有时都不知道什么样的网格拓扑是合适的,那就需要平时多看看这方面的帖子,收集一些划分比较好的网格图片,体会体会。
确定了网格拓扑之后,对模型进行划分网格前的准备,比如分割啊,对尺度小对计算结果影响不大的次要几何进行简化,等等。
接着,划分网格。
划分网格都是从线网格,面网格,到体网格的;线网格的划分,也就是网格节点的布置,对网格的质量影响比较大,比如歪斜,长宽比,等等,节点密度在GA MBIT中可以通过很多的方法进行控制调整,大家可以看相关的资料。
面网格的划分,非结构的网格咱就不说了,结构网格可能有时比较麻烦,这就要求大家最好对那几种网格策略比较了解,比如Quad-Map划分方法所适用的模型形状,在划分的时候对顶点类型及网格节点数的要求(Quad-Map,适用于边数大于或等于4的面,顶点要求为4个End类型,其他为Side类型,对应边的网格节点数必须相等),以此类推,其他的划分方法也有这方面的要求以及适合的形状。
当出现了不能划分的时候,可以根据GAMBIT给的提示进行修改顶点类型或网格节点数来满足划分方法的要求。
如果实在不能划分,则退而求其次,改用其他方法进行划分或者对面进行分割;等等。
关于体网格的划分,与面网格划分所要注意的东西类似。
另外,根据我个人的经验,如果模型比较简单规则,大家最好尽量使用结构网格,比较容易划分,计算结果也比较好,计算时间也相对较短;对于复杂的几何,在尽量少的损失精度的前提下,尽量使用分块混合网格。
Gambit基本几何结构的创建和网格化1.基本几何结构的创建和网格化本章介绍了GAMBIT中一个简单几何体的创建和网格的生成。
在本章中将学习到:l启动GAMBITl使用Operation工具箱l创建一个方体和一个椭圆柱体l整合两个几何体l模型显示的操作l网格化几何体l检查网格的品质l保存任务和退出GAMBIT1.1 前提在学习本章之前,认为用户还没有GAMBIT的使用经验,不过,已经学习过前一章“本指南的使用”,并且熟悉GAMBIT界面以及本指南中所使用的规约。
1.2 问题描述状如图1-1所示。
本模型由两个相交的方体和椭圆柱体构成,其基本图形形1.3策略图1-1:问题说明本章介绍使用GAMBIT生成网格的基本操作,特别地,将介绍:l如何使用“top-down”固体建模方法来方便地创建几何体l如何自动生成六面体网格“top-down”方法的意思是用户可以通过生成几何体(如方体、柱体等)来创建几何结构,然后,对它们进行布尔操作(如整合、剪除等),以这种方式,用户不用首先去创建作为基础的点、边和面,就可以快速创建出复杂的几何形体。
一旦创建出一个有效的几何模型,网格就可以直接并且自动地(很多情况下)生成。
在本例子中,将采用Cooper网格化算法来自动生成非结构化的六面体网格。
更复杂的几何结构在生成网格之前可能还需要进行手工分解,这将在后面进行介绍。
本章的学习步骤如下:l创建两个几何体(一个方体和一个椭圆柱体)l整合两个几何体l自动生成网格l检查网格的品质为了使本章的介绍尽量简短,一些必要的步骤被省略了:l调节几何体单边上节点的分布l设置连续介质类型(例如,标识哪些网格区是流体,哪些网格区是固体和边界类型这些方面的详细内容,也包括其他方面,在随后的章节将涉及到。
1.4步骤输入gambit -id basgeom启动GAMBIT。
这就打开了GAMBIT的图形用户界面(GUI)(图1-2)。
GAMBIT 把设定的名称(本例子中为basgeom)作为她将创建的所有文件的词头,如:basgeom.jou。
目前,业界流行的网格生成程序有很多,比如gambit,pointwise(gridgen),icem,hypermesh,truegrid等等。
每款软件的侧重点都不一样:gambit界面简单,上手容易,划分非结构网格迅速,但是对于导入的实体有很大的局限性,并且对于结构网格的生成能力比较弱;pointwise 前处理强大,划分网格的脉络清晰,擅长结构网格的划分;icem的分块思想先进,对于外形相似的几何体来说能减`icem生成结构网格的优缺点。
本文主要介绍了在gambit中生成T形管结构网格的具体操作过程。
1.几何外形如下图所示:
1.导入实体
2.选中所示边,按图示参数分割(split)
3.重复以上操作,将其分割为4段,参数如下图所示
注意:最后一个图的参数U valiue应该是0.625
4.将点投影到端面上。
选中分割出来的第一个点,如图所示:
选中端面的线,如图所示:
按“apply“,将点投影到该边上。
5.将其余三个点投影到端面的线上,如图所示:
6.连接生成线,如图所示
7.用线分割体。
选中体,如图所示:
然后选择刚刚生成的第一个边:
点击”apply”确认分割。
8.用刚刚生成的剩下的三条边依次分割体,结果如图所示:
9.连接边,选择如图示的两条边进行连接:
10.选择如图示的四条边,生成一个面
11.用这个面将体分割(split)
12.选择如图的四条边,布置节点,节点数为20:
13.选择该面,生成面网格
14.选择如图所示两个边,布置节点,节点数为20.
15.选择如图所示边,布置节点:
16.选择一个端面,生成结构网格
17.选择大圆柱的所有侧面,生成结构网格
结果如图:
18.选择刚刚划分面网格的体,生成体网格,类型选择为cooper
19.选择另外一个体,生成体网格,类型为cooper
最终效果如图:
以上某些操作步骤顺序可以颠倒。
另外,很多操作(比如说切割面,切割体等等)能够通过不同的途径实现,本文的操作并不唯一,本文的主要目的就是介绍在gambit中生成结构网格需要的分区思路,具体操作可以根据个人喜好通过不同途径来实现。