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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。
Gambit介绍网格的划分使用Gambit软件，首先要启动Gambit，在Dos下输入Gambit <filemane>，文件名如果已经存在，要加上参数-old。
一．Gambit的操作界面如图1所示，Gambit用户界面可分为7个部分，分别为：菜单栏、视图、命令面板、命令显示窗、命令解释窗、命令输入窗和视图控制面板。
文件栏文件栏位于操作界面的上方，其最常用的功能就是File命令下的New、Open、Save、Save as和Export等命令。
这些命令的使用和一般的软件一样。
Gambit可识别的文件后缀为.dbs，而要将Gambit中建立的网格模型调入Fluent使用，则需要将其输出为.msh文件(file/export)。
视图和视图控制面板Gambit中可显示四个视图，以便于建立三维模型。
同时我们也可以只显示一个视图。
视图的坐标轴由视图控制面板来决定。
图2显示的是视图控制面板。
图2 视图控制面板视图控制面板中的命令可分为两个部分，上面的一排四个图标表示的是四个视图，当激活视图图标时，视图控制面板中下方十个命令才会作用于该视图。
视图控制面板中常用的命令有：全图显示、选择显示视图、选择视图坐标、选择显示项目、渲染方式。
同时，我们还可以使用鼠标来控制视图中的模型显示。
其中按住左键拖曳鼠标可以旋转视图，按住中键拖动鼠标则可以在视图中移动物体，按住右键上下拖动鼠标可以缩放视图中的物体。
命令面板命令面板是Gambit的核心部分，通过命令面板上的命令图标，我们可以完成绝大部分网格划分的工作。
图3显示的就是Gambit的命令面板。
图3 Gambit的命令面板从命令面板中我们就可以看出，网格划分的工作可分为三个步骤：一是建立模型，二是划分网格，三是定义边界。
这三个部分分别对应着Operation区域中的前三个命令按钮Geometry(几何体)、mesh（网格）和Zones（区域）。
Operation中的第四个命令按钮Tools 则是用来定义视图中的坐标系统，一般取默认值。
利用Gambit 划分网格以课上实例（8*20mm的区域）为例1.运行Gambit. 第一次可修改工作目录working directory：如下2.Run后进入作图的主页面3.创建4个点四个点的坐标分别为（0,0），（20,0），（0,8）和（20,8）。
只需要在Global栏填入数值4.利用右下角的工具Fit to window按钮可以使所有几何点出现在视图区。
5.创建4条线利用按钮，出现此时按住shift键，用鼠标左键点击一个点，此时该点变为红色（表面已选择），如：，同样方法再选择一个点，然后按Apply 即将这两点连成一条线，如下图最终四个建立4条边线，如下图6.建立一个面（这就是要求解的区域）点击工具栏中的建立面。
按住shift键，用鼠标左键点击一条线，此时该线条变为红色（表面已选择），依次再选择另3条线（此时按住shift键不动）。
然后按Apply即将这4条线组成一个面。
7.进行网格划分选择右上角中的面网格划分选择仅有的一个面face1, 方法是按住shift键，用鼠标左键点击面的任一条线，此时面的四条线改为红色，表示已选择。
将步长值改为0.5。
空间步长越小，网格数越多，计算可能更准确，但是计算时间越长。
然后点击Apply 得到下面的网格8.初步指定边界的类型点击区域命令按钮，再点击下面左侧的指定边界类型按钮。
选定一个边，可打开向上箭头，将列表中选，也可利用前面的方法，按住shift键，用鼠标左键点击一条线，此时该线条变为红色（表面已选择）。
为选定的边输入一个名字，本问题中我选择的四个边的名字分别为left、up、down和right。
4个边的类型均为默认的Wall。
9.指定求解区域为固体材料点击区域命令按钮选择face1，为选定的面输入一个名字，如zone，将区域的类型由Fluid 改为Soild。
10.导出网格由File中的Export,再选择Mesh. 更改默认的文件名，如改为fin.msh点击Export 2-D(X-Y)mesh 按钮，显示为红色。
学习软件的练习参考：《Mixing-Workshop UGM2003》硕士论文《涡轮桨搅拌槽内搅拌特性数值模拟研究（张丽娜）》《Fluent流体计算应用教程》这是一个自己学习划分结构化与非结构化网格相结合的一个算例。
该算例是一个单轴、圆盘涡轮式搅拌槽的结构，利用Gambit软件对其进行分区、分块处理。
Gambit中的设置：建立几何模型——在图纸《同轴搅拌混合器结构尺寸》的基础上修改；1.圆柱体1：height-4; radius-70; centered z;2.圆柱体2：height-22; radius-25; positive z;3.圆柱体3：height-200; radius-15; positive z;4.长方体1：width(x)-50; depth(y)-2; height(z)-40; centered;5.平移长方体1，move-translate-x:75；6.复制长方体1，得到长方体2、3、4、5、6：copy-5; rotate angle-60;7.合并上面的所有体，得到轴和桨的几何模型；8.圆柱体4：height-400; radius-190; centered z;9.圆柱体5：height-400; radius-180; centered z;10.圆柱体6：height-400; radius-150; centered z;11.圆柱体7：height-400; radius-125; centered z;12.圆柱体8：height-200; radius-125; centered z;13.圆柱体9：height-150; radius-125; centered z;14.圆柱体10：height-150; radius-112.5; centered z;15.长方体7：width(x)-80; depth(y)-5; height(z)-400; centered;16.平移长方体7，move-translate-x:165；17.复制长方体7，得到长方体8、9、10：copy-3; rotate angle-90;18.Split 长方体7、8、9、10：volumes依次选中上述长方体，然后用圆柱体5和6的外圆柱面切割，再把多余的体删除，得到挡板位置的几何模型；19.挖空最外面的筒体，用圆柱体4减去步骤18中的挡板和步骤7中的轴和桨叶；20.再依次切割各体，由外到内的顺序去进行体切割split，注意不选中retain项，最后得到8个几何体；然后删除多余出来的几何体，方法是在delete按钮中依次显示各个几何体，把多余的轴和桨叶部分几何体给删除了；21.创建两个正交垂直的平面，尺寸为：width-400，height-400，zx centered；利用这两个平面切割split代表最外面筒体的这个几何体，进行4等分；对剩余的（除了包含桨叶部分的第8个体外）的6个几何体，进行2等分；最后删除这两个平面；22.连接一次所有的几何面，确保没有重合的面存在，再进行一次文件保存的操作；对上述8个几何体准备并实施网格划分23.先把动区域部分（包含4个体：上体，中间环体，中间包含轴和桨叶的体，下体）复制并平移出来，再把原来位置上的这一块删除掉，然后再连接一次所有的几何面，保存文件；（在Gambit中一次选中这部分的所有体的方法是：从右下角向左上角画一个矩形框，框内的所有体就可以一次被选中）24.Mesh-face-link faces操作，注意两者的面和节点要互相对应起来，并做一下尝试，检查是否对其中一个进行面网格划分，相应的面是否同时也进行同样的网格划分工作；25.现在开始进行网格划分；先划分动区域部分，即平移到外面来的这4个体；顺序是先划分中间环体，其次划分上体、下体，最后划分中间包含轴和桨叶的几何体；（这时可以把静区域部分的几何体给隐藏起来）26.划分中间环体时，先对横截面的边做edge边划分，设定比如interval count为2~4；然后以map的方式进行体划分，设定比如interval size为2~10，是否合适可以利用网格单元检查来判断，选中summary或check按钮；27.划分上体时，也是先对横截面的边做edge边划分，这里的边长（除了中间环体的横截面的边长之外的长度）为125-12.5*2=100，所以，直线边划分为interval count-20左右；两段半圆弧边划分为interval count-7~10左右，为了在厚度方向上分层的方便，对厚度方向的两条短边也要做一次edge边划分；然后依次对包含上述两段直线边和一段圆弧边的两个半圆面做pave面划分，设定比如interval size为4~6；最后对包含上述半圆面的两个半圆体分别做cooper体划分，注意要分别划分，因为cooper这种体网格划分方式要求指定源面，不分别划分的话，会报错找不到相应的源面28.划分下体时，思路和划分上体相同——也是先edge mesh切割底面的边，再pave包含这条边的两个半圆面，最后cooper划分这两个半圆柱体；（关于pave划分面时，报错关于边的划分份数是奇数还是偶数的问题，这个可以事先检查一下半圆弧边的划分份数是奇数还是偶数，若其为偶，则两条直边和一条半圆弧边的划分份数也要为偶数；否则同为奇数。
G A M B I T软件网格的划分模型的网格划分当用户点击Operation工具框中的Mesh命令按钮时，GAMBIT将打开Mesh 子工具框。
Mesh子工具框包含的命令按钮允许用户对于包括边界层、边、面、体积和组进行网格划分操作。
与每个Mesh子工具框命令设置相关的图标如下。
图标命令设置Boundary LayerEdgeFaceVolumeGroup本章以下部分将详细说明与上面列举的每个命令按钮相关的命令。
3.1 边界层3.1.1 概述边界层确定在与边和/或者面紧邻的区域的网格节点的步长。
它们用于初步控制网格密度从而控制相交区域计算模型中有效信息的数量。
示例作为边界层应用的一个示例，考虑包括一个代表流体流过管内的圆柱的计算模型。
在正常环境下，很可能在紧靠管道壁面的区域内流体速度梯度很大，而靠近管路中心很小。
通过对壁面加入一个边界层，用户可以增大靠近壁面区域的网格密度并减小靠近圆柱中心的网格密度——从而获得表征两个区域的足够的信息而不过分的增大模型中网格节点的总数。
一般参数要确定一个边界层，用户必须设定以下信息：•边界层附着的边或者面•确定边界层方向的面或者体积•第一列网格单元的高度•确定接下来每一列单元高度的扩大因子•确定边界层厚度的总列数用户还可以设定生成过渡边界层——也就是说，边界层的网格节点类型随着每个后续层而变化。
如果用户设定了这样一个边界层，用户必须同时设定以下信息：•边界层过渡类型•过度的列数3.1.2 边界层命令以下命令在Mesh/Boundary Layer子工具框中有效。
图标命令详细说明Create Boundary Layer建立附着于一条边或者一个面上的边界层Modify Boundary Layer更改一个现有边界层的定义Modify Boundary LayerLabel更改边界层标签Summarize BoundaryLayers在图形窗口中显示现有边界层Delete BoundaryLayers删除边界层生成边界层Create Boundary Layer命令允许用户在一条边或者一个面附近定义网格节点步长。
