结构和非结构网格

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。

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。

工人建房子，需要先搭房粱，立房柱子，然后再砌砖头。

结构与非结构网格
采用结构化网格还是非结构化网格与需要求解的具体问题相关。

答案是通过具体的工程问题判断。

请看如下几条：
（1） 复杂几何形状：非结构化网格一般较结构化网格生成速度快。

但是，如果原有几何构形已经有结构化网格，新的几何形状只是稍作改变，则结构化网格生成速度非常快。

除了上述情况：
结构化网格≈几个工作周—一个工作月
非结构化网格≈几个工作时—几天
（2） 精度：对于简单的问题，比如机翼，结构化网格一般比非结构化网格精度高。

但是对于复杂流动，自适应的非结构化网格可能比结构化网格有更好的精度。

（3） 收敛时间：结构化网格比非结构化网格耗时少，因为，迄今为止，已有的算法更加的有效率。

U，数据存于二维数组中)(i
U，数据存于一维数组中i
)
,(j
因此，为了计算残差，需要知道临近单元格的状态。

结构化网格：邻近单元格靠单元格指数增/减1来实现。

非结构化网格：需要存储单元格间的指针。

需要存储空间越多，代码执行的越慢。

2D网格1
M1 M2
2D网格2
M1
M2
O-grid
2D网格3
M1
M2
L-grid
2D网格4
M1
M2
2D网格5
初始块
Geometry 块
Blocking
遇折则劈o-grid
网格
实体
Pre_Mesh
多块的索引控制->方便选出特定块进行操作
2D网格6：外O-grid的应用
实体
1、建块： 选中高亮的块，勾选 around block；最后删除中间块 2、关联点线； 3、设置边上节点数
左键 中键
右键
转轮
单击并拖动 旋转 移动
单击
选择
（对某些功能单击并 拖动能框选）
确认
上下移动：缩放 水平移动：2D旋转
取消
缩放 ——
附录2：输出网格的方法
非结构网格： 如果四面体网格，生成网格后选择File——〉Export Mesh，选择求解器， solver选择autodyn ，autodyn patible file输出filename.k 不需要的网格 通过选择none进行屏蔽，比如，不需要壳网格shell elements 选择 none， 在这apply或ok。 如果是六面体网格，生成pre-mesh后，右键在这model tree——〉 Blocking——〉pre-mesh，选择 Convert to unstruct mesh；然后选择 File——〉Export Mesh 。solver选择autodyn ，autodyn patible file输出 filename.k 不需要的网格通过选择none进行屏蔽，比如，不需要壳网格 shell elements 选择 none，在这apply或ok。

结构化网格和非结构化网格结构化网格只包含四边形或者六面体，非结构化网格是三角形和四面体。

结构网格在拓扑结构上相当于矩形域内的均匀网格，器节点定义在每一层的网格线上，且每一层上节点数都是相等的，这样使复杂外形的贴体网格生成比较困难。

非结构网格没有规则的拓扑结构，也没有层的概念，网格节点的分布是随意的，因此具有灵活性。

不过非结构网格计算的时候需要较大的内存。

非结构网格不利之处就是不能很好地处理粘性问题，在附面层内只采用三角形或四面体网格，其网格数量将极其巨大。

现在比较好的方法就是采用混合网格技术，即先贴体生成能用于粘性计算的四边型或三棱柱网格，然后以此为物面边界，生成三角形非结构网格，但是生成复杂外型的四边形或三棱柱网格难度很大。

在物面附近，非结构网格方法，特别是对于复杂外形如凹槽、细缝等处难以处理。

到空间网格的质量，几何外形特性相适应，为了更好地适应其中一方面，有时不得不在另一方面做出让步，因而往往顾此失彼。

计算精度，主要在于网格的质量（正交性，长宽比等），并不决定于拓扑（是结构化还是非结构化）。

采用结构化网格还是非结构化网格，主要看解决什么问题，如果是无粘欧拉方程的话，只要合理布局，结构和非结构都能得到较为理想的结果。

但如果涉及到粘性影响的话，尤其在壁面处，结构网格有一定优势，并且其对外形适应性差的缺点，也可以通过多块拼接网格解决。

目前有的非结构网格软件，也开始借鉴结构网格，如cfx的壁面加密功能。

网格节点走向（这里假设计算过程中物理量定义在网格节点上）贴近流动方向，那么计算的结果就要好一些。

对于不是非常复杂的流动。

例如气体的喷管流动，使用四边形（二维）网格就比三角形网格要好。

不过即便是四边形网格，fluent 也是按照无结构网格进行处理的。

主要是看流向是否与网格平行如果是平行的则计算中不容易出现假扩散，计算的结果就好，但是成角度的时候计算的结果搞不好就有扩散现象，所以不在于结构和非结构。

非结构和结构网格的计算结果如何取决于算法。

CFD网格及其生成方法概述作者：王福军网格是CFD模型的几何表达形式，也是模拟与分析的载体。

网格质量对CFD计算精度和计算效率有重要影响。

对于复杂的CFD问题，网格生成极为耗时，且极易出错，生成网格所需时间常常大于实际CFD计算的时间。

因此，有必要对网格生成方式给以足够的关注。

1 网格类型网格（grid）分为结构网格和非结构网格两大类。

结构网格即网格中节点排列有序、邻点间的关系明确，如图1所示。

对一于复杂的儿何区域，结构网格是分块构造的，这就形成了块结构网格（block-structured grids）。

图2是块结构网格实例。

图1 结构网格实例图2 块结构网格实例与结构网格不同，在非结构网格（unstructured grid）中，节点的位置无法用一个固定的法则予以有序地命名。

图3是非结构网格示例。

这种网格虽然生成过程比较复杂，但却有着极好的适应性，尤其对具有复杂边界的流场计算问题特别有效。

非结构网格一般通过专门的程序或软件来生成。

图3 非结构网格实例2 网格单元的分类单元（cell）是构成网格的基本元素。

在结构网格中，常用的ZD网格单元是四边形单元，3D网格单元是六面体单元。

而在非结构网格中，常用的2D网格单元还有三角形单元，3D 网格单元还有四面体单元和五面体单元，其中五面体单元还可分为棱锥形（或楔形）和金字塔形单元等。

图4和图5分别示出了常用的2D和3D网格单元。

图4 常用的2D网格单元图5 常用的3D网格单元3 单连域与多连域网格网格区域（cell zone）分为单连域和多连域两类。

所谓单连域是指求解区域边界线内不包含有非求解区域的情形。

单连域内的任何封闭曲线都能连续地收缩至点而不越过其边界。

如果在求解区域内包含有非求解区域，则称该求解区域为多连域。

所有的绕流流动，都属于典型的多连域问题，如机翼的绕流，水轮机或水泵内单个叶片或一组叶片的绕流等。

图2及图3均是多连域的例子。

对于绕流问题的多连域内的网格，有O型和C型两种。

边界 条件 的热 传导 算例 ， 以此检 验这种 转换 的 正确性 和 可行性 ．
关键 词 ： 结构 网格 ； 非结构 网格 ； 热传 导 中圈分类 号 ： Ｂ １ Ｔ １５ 文献 标 识码 ： Ａ 文 章编 号 ：０ ６４ ０ （ ０ ６ ０ —６ ４０ １ ０ —３ ３ ２ ０ ） ６０ ８ ４
Ａｐ ｌ ａ ｉｎ ｆｔａ ｓｏ ｎ ｉｎ ｏ ｔｕ ｔ ｒ ｌｍｅｈ ｉｔ ｏ － ｓｒ ｃｕ ａ ｓ ｐ ｉ ｔ ｓｏ ｎ ｆ ｒ ｍｔ ｆｓｒ ｃｕ ａ ｓ ｏ ｎ ｎ ｎ ｔｕ ｔｒ ｌ ｃ ｏ ｒ ｏ ｎ ｍｅｈ
ＺＨＡＮＧ ｎ ，ＳＨＥＮＧ ｏ － ｅ Ｍｉ Ｓ ｎ ｇ ｎ ，ＨＵＡＮＧ ｎ — ｏ ｇ ，Ｌｌ Ｊｎ Ｑｉｇ ｈ ｎ Ｕ ｉ
ｇ ｎ ｒ ｔ ｎ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ． Ｂ ａ ｓ ｏ ｈ ｓｔ ａ ｓ ｏ ｍ ａ ｉｎ，ｔ ｅａ ｖ ｎ ａ ｅ ｏ ｈ ａ ｔｃ ｎ ｅ ｇ ｎ ｅ ｏ ｅ ｅａ ｉ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｙ ｍｅ ｎ ｆｔ ｉ ｒ ｎ ｆ ｒ ｔ ｏ ｈ ｄ ａ ｔ ｇ ｆ ｅｆ ｓ ｏ ｖ ｒ ｅ ｃ ｆ ｔ
浙 江 工 业 大 学 学 报
Ｊ ＯＵ ＲＮＡＬ ＯＦ ＺＨＥ Ｉ ＪＡＮＧ ＵＮＩ ＶＥＲＳ ＴＹ Ｉ ＯＦ ＴＥＣＨ ＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏ． ４ Ｎｏ ６ １３ ．
Ｄｅ ． ２ ０ ｅ ０６
结构与非结构 网格 之 间的转换及应用
张 敏 盛颂 恩。 黄庆 宏。 刘 晶 ． ． 。
环形柱体正交网格和温度分布图3结论给出了一个结构化网格转换成非结构化网格热传导问题的数值求解过程这其中包括正交直角结构化网格和适体结构化网格的转换3个经典的三维导热问题被用来验证此过程的正确性和精确性
维普资讯

FLUENT知识点解析1.网格生成：网格是FLUENT模拟的基础，网格质量直接影响数值模拟的准确性和收敛性。

FLUENT支持多种网格生成方法，包括结构化网格和非结构化网格。

结构化网格适用于几何形状简单、布尔操作较少的问题，而非结构化网格适用于几何形状复杂、布尔操作较多的问题。

2. 边界条件：在模拟中，需要为流域的边界定义适当的边界条件。

常见的边界条件包括：壁面（No Slip）边界条件、入流/出流条件、对称边界条件和压力边界条件等。

通过合理设定边界条件，可以更加准确地模拟流体流动过程。

3.流体模型：FLUENT提供了多种流体模型，包括不可压缩流动、可压缩流动、多相流动和湍流模型等。

选择合适的流体模型可以更好地描述流体的物理特性，并提高模拟结果的准确性。

4.数值方法：FLUENT使用有限体积法对流体力学方程进行离散，同时还要考虑边界条件和初始条件。

对流项通常使用空间二阶精度的格式，而扩散项则根据流动特性来选择适当的格式。

通过调整数值格式和网格精度，可以提高模拟的精度和收敛性。

5. 离散格式：FLUENT中常用的离散格式包括：顺序隐式离散（SIMPLE算法）、压力修正方案（PISO算法）和压力-速度耦合（PISO-Coupled算法）。

不同的离散格式适用于不同的物理模型和流动特性。

6.迭代收敛：在模拟过程中，通过迭代来逼近方程组的解，使得模拟结果收敛于物理解。

FLUENT提供了多种收敛判据，如压力、速度、残差和修正量等，可以通过调整迭代参数来加速收敛。

7.后处理：模拟结果完成后，需要对结果进行后处理，以获取感兴趣的数据。

FLUENT提供了多种后处理工具，包括可视化、数据导出和报告生成等，可以方便地分析和展示模拟结果。

8.其他功能：除了上述主要知识点外，FLUENT还具有其他一些功能，如动网格技术、化学反应模型、传热传质模型和多物理场模拟等。

这些功能可以进一步扩展FLUENT的应用范围，并提供更加精确的模拟结果。

结构、非结构网格
结构、非结构应该是指按网格数据结构形式来分的，结构网格一般根据网格的行、列、排（x/y/z）来组织数据，比如把网格点以下标i,j,k来识别，非结构网格则统一用一维数组来做标记，然后通过解算方法，获得网格点的坐标。

直观上，二维的四边形网格，三维的六面体网格一般都是结构网格，其它的基本都是非结构网格。

当然不排除按排、列划分的三角形网格也是结构网格的情况。

严格地讲，如果节点关系显式地给出，就是非结果网格，如果隐式给出，就是结构网格。

单纯地从网格拓扑，你是看不出到底是结构和非结构，但我们习惯就把三维的六面体，二维的四边形看成结构网格，实际这也可能是非结构的，我就常把这类网格用非结构化网格程序来算。

另外，三角形网格，四面体，金字塔，棱型网格是非结构网格。

在多块结构化网格中，每块内部都是结构化，块与块之间连接可以是非结构化，但我们常把网格叫成结构化网格。

所以到底是结构还是非结构已经不重要。

二者的真正区别格式在于如何实施对流，扩散格式？精度如何？在应用一些加速方法时方便与否？等等。

1
CFD-GEOM 入门教程（一）
本教程主要用于初学者熟悉操作窗口、按钮及结构/非结构网格生成流程，对已经有使 用经验的请漂过……
算例说明：该算例为屈服孔算例，是 CFD-ACE+标准算例中的一个，此处使用 CFD-GEOM 来生成模型。
几何尺寸说明
结构网格 1
非结构网格 结构网格 2
网格生成结果
欢迎交流/QQ 群：49509787
成效率
欢迎交流/QQ 群：49509787
2.结构网格生成 2.1 几何生成（Geome曲线操作 面操作 带孔面操作 体操作 移动/旋转/缩放等 打断/合并操作 重叠操作 离散面操作 测量工具
欢迎交流/QQ 群：49509787
3
1）点操作（point）
输入点的空间坐标 通过与已有点的位置关系生成新点
寻找曲线交点 面与视角交点 各种参数生成点
过滤点
编辑已有点的坐标 生成已有点的平均点 线面交点 曲线最近点 过滤点 等效点
空间坐标生成点：点击 coordinates/screen-pick——>右面板输入(x,y,z) ——>apply 2）直线操作(line)
两点连接直线 平行线 切线 垂线
单点+距离生成直线 垂线 切线 拉直
欢迎交流/QQ 群：49509787
9
4.边界/体积条件设置
问题类型 边界条件 体积条件 Interface 设定
此步骤的工作都可以在 ACE-GUI 或 FASTRAN-GUI 中设定 1）设定问题类型
2）设定边界条件
欢迎交流/QQ 群：49509787
10
左键选择边界——>右侧面板命名并定义边界类型——>对同一类边界可以用 Add to Group 分组 3）定义体积条件

CFD分析的结构化网格自动生成方法在CFD分析的全自动优化过程中，一个关键任务就是如何实现模型、网格的自动生成以及CFD流场分析的自动运行。

最近，我们在的一个名为“GAMMA”研究项目中，遇到这样一个难题——要求自动的生成一个结构化网格。

为什么要结构化网格与非结构化网格相比，结构化网格可以极大地加快流场分析，并且能得到一个精度较好的结果。

在大型设计研究中进行高质量的分析时，两者都可以很好的应用。

然而，在优化研究中，非结构化网格的自动化生成会更加容易实现——只需几何模型就可以实现。

结构画网格却不是这么简单。

结构网格的挑战关键问题在于结构化网格如何去填充一个任意几何的全部特征？举个我们研究的例子，例如涡轮增压器的蜗壳，它就存在一个虽然很小，但却很难处理的几何特征——蜗舌。

如下图所示：整体结构图——造成结构网格困难的区域蜗舌区域是蜗管体和出口段之间的过渡区域。

这对于结构网格来说有点复杂。

对于蜗管主体，可以很好划分结构化网格，一般这部分的结构化网格方式比较明确。

但是在蜗壳存在蜗舌结构，如何对蜗舌处划分结构化网格？在这里就有一些用户迷茫了。

几何框架考虑在这样的蜗壳几何生成结构化网格，那么就需要要为网格系统提取一些有用的信息。

对于各类复杂几何，是不可能只以一种方式来自动生成结构化网格。

我们所做的不仅是生成出新设计的网格，还基于CAESES软件建立一套基于模型参数化的几何框架（能引导生成结构化网格），它在某种逻辑上展示了网格是如何划分的，然后用该几何框架生成结构画网格。

下图展示了几何框架是如何布置的。

CAESES中自动结构化网格的参数化几何案例通过这些几何信息，实现了对这个复杂几何结构的结构化网格划分。

由于这些内部曲线是模型本身的一部分，所以当修改蜗壳的设计变量时，它们也会自动调整。

对于无界面使用者，也可以在优化过程中通过脚本形式创建几何，实现相同的效果，例如通过外部优化工具控制。

这也使得该方法能直接适用于HPC环境。

ICEM网格划分技巧总结1.进行后处理前，划分完网格后必须进行边界层设置。

（因为模拟周围存在不同的压力速度等因素）2.边界层的作用：加密叶片周围的网格；捕获叶片周围的压力温度等因素的变化。

3.进行网格拓扑后，线条颜色含义：黄色表示二维一个面上一条线/边或空洞周边(缺失面)；绿色：不依赖于集合体独立于几何体，对几何体无影响可作为辅助线。

蓝色：三个或三个以上面的交线；红色：两个面的交线(较理想)4.内流场区域的创建：新建Part然后将所需的所有内流面都Add to Part中，最后看那个口未封闭，通过局部面命令，将面补全；若只是单纯为了划分网格，可仅使用Creat Body 命令进行创建。

5.外流场区域的创建：首先进行模型的拓扑(Repair Geometry)——Surface右键——菜单中选择transparent——查看有无黄色的线——若有一定要进行补全！小结：Create body：两点之间的中点含义为以此点为中心，向外放射所涉及的所有固体/实体物进行包含，此实物体所占的区域，可看作为内流场区域。

6.边界层设置步骤：打开——在Prism中打勾——在Compute Mesh中将打对勾7.在ICEM中输出为非结构网格：File——Mesh——Load from Blocking——replace (Fluent不支持结构网格；ICEM做出的是非结构网格)8.在ICEM输出为结构网格：File——Blocking——Save Multiblock Mesh(前提是以分块的形式生成的网格)9.网格类型有：O、Y、三角形进行Y型切分；P26-P28;删除O型块：用Merge Vertices(2个顶点进行合并)即可删除；10.非结构网格的生成：先Repair Geometry进行检查——不能出现黄色的线——GlobalMesh Parameters——Compute Mesh11.创建无厚度壁面：需要进行面关联P32；创建无壁厚面网格：要将无壁厚面的Part——必在Part Mesh Setup中将Split Wall勾选;12.创建Body原理：以此点为中心向外发散搜寻一个封闭的区域；将物体分出流体区域后划分网格，导入到Fluent会识别。

结构化网格和非结构网格并不是以网格的形状来划分的
官方解释：网格区域内所有的内部点是否都具有相同的毗邻单元
本人解释：某个单元的计算结果是否决定了相邻单元的计算结果。
但是在ICEM中，结构化网格的形状只有四边形和六面体，而非结 构化网格则包含了以上所有的单元形状。 可以得出结论： 1：结构化网格一定是四边形和六面体，但是四边形和六面体不一定是结构化网格
2：三角形、四面体、棱柱一定是非结构化网格
3：四边形、六面体既可能是非结构化网格，也可能是结构化网格。
网格的划分操作
结构网格
非结构网格
混合网格，复杂网格
请
怎
听 后
么面
办

章 节
详
细
讲
解
结构化网格和非结构化网格
网格类型
• 二维网格类型： 四边形、三角形
网格类型
• 三维网格：四面体、六面体、三棱柱、金字塔等
结构网格和非结构网格
ICEM中结构网格和非结构网格究竟是什么？ 四边形和六面体就是结构网格？ 不一定 三角形、四面体、棱柱就一定是非结构网格吗？ 是的
why? resons?

区域内三角形单元的生成
(1) 把边界上的所有 有向线段(按前面规定 的方式指向)都设置为 前沿，组成集合Г， 所有内点组成集合Λ
（2）从某前沿(如1->5)出发，在其左侧内寻 找按上述方法生成的内点Ci,找出使得 |1Ci|2+|5Ci|2为最小的点，记为C；判断 1C与5C是否与其它前沿 相交，如不相交，则C 为所找寻的内点，它 与1->5组成Δ15C
(1)对每一个联接的三角形做出 其外接圆
(2) 找出其中外接圆包含Q在内 的所有三角形
(3) 消去外接圆包括Q的这些三 角形的公共边，形成 Delaunay空腔
(4) 联接Q点及Delaunay空腔的 各个顶点，就构成了一组新 的Delaunay三角形
• Delaunay三角形化的方法只是在给定一组 点的条件下将它们联接成三角形的方法， 该方法本身并未告诉我们如何向求解区域 内设点的问题。
• 非结构化直角坐标网格
由粗网格以1:4的方式不断细分而生成，直到逼近曲线边 界处的网格密度能满足要求为止
由于所有的网格线都是平行于x,y轴的直线，因而属于直角 坐标网格的范畴，但许多网格线并不贯穿整个求解区域， 同时每个单元与邻域的联系也不是固定不变的，因此单元 的联结关系需要存储，因而又属于非结构化网格
向求解区域自动加点的步骤
(1) 应用倒数原则，计算所有已生成的Delaunay三 角形的外接圆圆心的长度标尺以及半径r
(2) 计算所有三角形的外接圆无量纲半径R (3) 按R排序，R最大的在序列的顶上 (4) 对于该序列顶上的三角形往其外接圆圆心处增
加一个新的内点Q (5) 利用Delaunay三角形化方法，生成一组新的
9.6 非结构网格的生成方法
9.6 非结构化网格

Applications Of Transformation Of Structured ToUnstructured MeshesLiu Jing1, 2，Zhang Min1，John C. Chai2，Xu Bin11School of Power Eng.，Nanjing University of Science & Technology，Nanjing (210094)2School of Mechanical and Aero spacing Eng.，Nanyang Tech. University，Singapore (639798)E-mail：mz2455@AbstractThe transformation of structured meshes to unstructured meshes is a branch of mesh generation technology. We can obtain the advantages of both grids that structure grids have the characteristics of convergence quickly and unstructured grids have the characteristics of matching sophisticated calculating domains well from this conversion. Meanwhile, it is expanding the widespread useful application of unstructured mesh codes. This paper gave the models of the transformations of the orthogonal meshes and body-fitted meshes. And, the heat conduction equation was solved using the based cell finite volume method and the secondary order accuracy. Finally, a couple of three dimension examples of heat transfer that included different geometries and boundary conditions were given. Therefore, the procedure was validated exactly and actually.Keywords：structured grids/meshes，unstructured grids/meshes，heat conduction1.IntroductionThe first step of numerical simulation is mesh generation that is cutting the continuous computational space into subdomains and identifying each node. The accuracy and efficiency of engineering numerical simulation mainly defend on the meshes and algorisms. In generally, all kind of mesh has its advantages and disadvantages; also the every numerical method has its constraints. Therefore, successful numerical simulation can only be done on the conditions that meshes and algorisms match perfectly [1].Two commonly kinds of mesh are structured and unstructured mesh/grid. The former characteristic is that the relationship between nodes is fixed and implied in the mesh. Thus, no special action is needed to ensure the relationship. But there don’t exists the property in unstructured mesh, so we must store the information about nodes such as volume nodes number, interfaces nodes number, and neighbor volume number[2-4] .It is stubborn to compare structured grid and unstructured grid exactly, besides considering the numerical algorism. In the brief, structured mesh has the good feature, simplex in generating, converging fast, and steady etc, while unstructured mesh can be more applicable for irregular domain, decomposing and encrypting in whole or part domain and used widely in later computation[4] . The paper takes advantage of two kinds of mesh to get fine results by the transformation between them.2.Transformation Between Both MeshesRegular structured mesh in orthogonal coordination is the oldest, most basic and simplex generation technique, including rectangle mesh of Cartesian coordinates and curve mesh in cylindrical coordinates or spherical coordinates. No detail about this kind of mesh, but the paper based on orthogonal mesh and body-fitted grid.First, we have to get the grid nodes of coordination in three dimensions, and then transform them to unstructured grid nodes number. Finally, numerical simulation will be done based on the unstructured mesh. For the transformation, at first, select cells shape and nodes NCTYPE(I) and NCNODE(J,I), here they are vertex number and coordination value (X(I),Y(J),Z(K)) of cell, respectively. Secondly, get the surface information NFTYPE (I) and NFNODE (J, I) of the cells. Where, the node order conform right hand rule, which is, ensuring the direction of surface normal is outside the cells.At the end, storing all neighbor cells information and their boundary property by KBCC (I).Ultimately, we can obtain the six data files. It is exactly these files comprise surfaces and nodes number for every cell and surface. The key of transformation is rearranging the I/J/K order of structured grid nodes to cell series data structure. Although the program is easy to do, the technique proved to be a handicap. Next part program is given in two dimensions.C**************************************************COME HERE FOR THE NODES OF CELL (cell_node.dat)LM=L2*M2 I0=0 J0=0DO 30 I=1,NCV NCTYPE(I)=8 NCNODE(1,I)=I+I0+J0NCNODE(2,I)=I+1 +I0+J0 NCNODE(3,I)=I+L1+I0+J0 NCNODE(4,I)=I+L2+I0+J0 NCNODE(5,I)=I+I0+J0+LMNCNODE(6,I)=I+1 +I0+J0+LM NCNODE(7,I)=I+L1+I0+J0+LM NCNODE(8,I)=I+L2+I0+J0+LM IF(MOD(I,L3).EQ.0) I0=I0+1IF(MOD(I,L3*M3).EQ.0) J0=J0+L230 CONTINUEC**************************************************The particular examples and their results analysis are provided in following paragraphs.3. Heat Conduction ExamplsProblem 1: We have heat transfer conduction without heat source in cubic region. Geometry and computational grids are showed in figure1, and governing equation is heat conduct equation with constant property in three Cartesian coordinates. The left surface has higher temperature T 2, and the left five ones have lower temperature T 1. Arithmetic formula of governing function and boundary conditions are:0=⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂∂∂+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂∂∂+⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂∂∂z T k z y T k y x T k x(1.1) 0.1,0.1,0.0,0.121======k T T c b a(1.2)(a) Cubic V olume (b) Orthogonal meshes (c) Body-fitted meshesFigure 1 Geometry and structured/unstructured meshesWe can obtain the exact solution of (1.1) and (1.2) (Kakac and Yener, 1993)[5]，[][]∑∑∞=∞=−−−−−=−−=11121sinh )(sinh )sin()sin(])1(1[])1(1[4),(),(m n mn mn m n m mn nb y b z x ac T T T y x T y x ααβλβλθ(1.3)Where,n λa n π=(n = 1, 2,…,i ) =m βcm π (m = 1, 2, …,i )22mn mn βλα+=(1.4)In Figure 2, the results of temperature distributions were from the transformation of orthogonalmeshes to unstructured grids. The same one was from the transformation of body-fitted meshes to unstructured grids in Figure 3. The solid lines stand for the exact solution. The dashed lines represent numerical solution. The numbers of grid are 10*10*10. There are agreements of temperature fields in both meshes.(a) X =0.5 (b) Y =0.2 (c) Z =0.5Figure 2. The temperature field of orthogonal meshes(————Exact Solution - - - - - -Numerical Solution)(a) X =0.5 (b) Y =0.2 (c) Z =0.5Figure 3. The temperature field of body-fitted meshesProblem 2: We have heat transfer conduction within heat source in cubic region. Geometry and computational grids are showed in figure1, and governing equation is heat conduct equation with constant property in three Cartesian coordinates as following. The all surfaces maintain the constant temperature (T 1 =0) same as the first kind of boundary condition. Mathematical formula of governing function and boundary conditions are:=∂∂+∂∂+∂∂222222zT y T x T )sin()sin()(1c z a x b y y k ππ−− (2.1)The exact solution of this problem is [6]，)sin()sin()sin(]1()()1[(1π8),,,5,3,1222352c z b y n a x cb n a n kb z y x T n πππ⋅++−=∑∞=L （ (2.2)The results of temperature distributions were from the transformation of body-fitted meshes tounstructured grids in Figure 4. The solid lines stand for the exact solution. The dashed lines represent numerical solution. The numbers of grid are 10*10*10. There are agreements of temperature fields in both meshes. There are the symmetrical temperature distribution basic of the boundary conditions and geometry.(a) X =0.5 (b) Y =0.5 (c) Z =0.5Figure 4. The temperature field of body-fitted meshesProblem 3: We have heat transfer conduction without heat source in cylindrical region. Geometry and computational grids are showed in figure 5a, and governing equation is heat conduct equation with constant property in three cylindrical coordinates as following. The outside surface has higher temperature T 2, and the inside surface has lower temperature T 1. Mathematical formula of governing function and boundary conditions are:0112=⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂∂∂+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂∂∂+⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂∂∂z T k z T k r r T kr r r ϕϕ(3.1) 0.1,0.8,0.4,0.2,0.12121=====k T T r r r r(3.2)The exact solution of this problem is [7-8]，)/ln()/ln()/ln()(122211r r r r T r r T r T r r −=(3.3)In Figure 5, the results of temperature distributions were from the transformation of body-fittedmeshes to unstructured grids. The solid lines stand for the exact solution. The dashed lines represent numerical solution. The numbers of grid are 10*10*10. There are agreements of temperature fields in both meshes. There are the symmetrical temperature distribution basic of the boundary conditions and geometry.(a) Meshes (b)Temperature fields in Z=0.5 (c) The flood picture of temperatureFigure 5. The temperature field of cylindrical coordinates4.Closure RemarkThe produces, which the heat conduction equations were solved, was presente d using the unstructured meshes that were transformed from structured grids. There are two kinds of meshes including orthogonal and body-fitted meshes. We show three examples for evaluating and proving this processor accruable and reasonable. The problem one and two are in the Cantinas coordinate and the problem three is in cylindrical coordinate. All results of numerical simulation were compared with the exact solutions. As a result, there is a perfect agreement between them.References[1] 陶文铨. 计算传热学的近代发展[M] 北京: 科学出版社, 2001.[2] PA TANKAR S V. Computation of Conduction and Duct Flow Heat Transfer [M].USA: Innovative Research Inc, 1991.[3] PA TANKAR S V. Numerical Heat Transfer and Fluid Flow [M]. New York: Hemisphere Publishing, 1981.[4] ZHANG M. Modeling of Radiative Heat Transfer and Diffusion Processes Using Unstructured Grid [D]. USA: Tennessee Technological University; 2000.[5] KAKAC S, YENER Y. Heat Conduction (Third edition) [M]. Taylor & Francis, Publisher, 1993.[6] 马信山. 电磁场基础[M]. 北京: 清华大学出版社, 1995.[7] M. N. 奥齐西克. 热传导[M]. 俞昌铭, 译. 北京: 高等教育出版社, 1984.[8] 南京工学院数学教研组. 数学物理方程和特殊函数[M]. 北京: 人民教育出版社, 1982.。

对计算网格的基本要求网格分为结构化和非结构化两大类，由于结构化网格在计算精度、计算时间等方面存在相对优势，目前在CFD计算中广泛采用的仍是结构型网格。

因此为确保计算结果的正确性及模拟的精度，本课题组要求尽量使用结构化网格，除非在极个别的情况下(如几何结构过于复杂，很难生成结构化网格)才允许使用非结构化网格。

对生成的六面体结构化网格的质量有以下几方面的要求：首先计算网格中不允许存在负体积，这是保障计算网格正确性的基本要求。

网格单元的总体分布应尽量与主流方向保持一致。

有叶片的区域，应采用绕叶片的O型网格来处理边界层内的流动，另外，O 型网格对网格加密很有利。

在所有计算区域的边界处的计算网格线应最大程度的与边界正交，角度最小应大于45°。

计算单元的纵横比不能过大，一般应控制在[1,100]之间，不应高于100。

(Aspect Ratio，[1，∞]，越接近于1表明网格质量越高)任意两相邻网格的同一方向上的尺寸比位于[0.5,2]之间。

偏斜度(skewness）应该位于[0.2，1.0]之间。

与同一节点相邻的最大/最小网格单元体积比最好不超过2.0，最大值不能超过8.0。

网格单元最小角度/最大角度。

角度应该处于[25°,155°]之间，不应该超出此范围。

最大/最小边长比。

整个计算区域内所有面上的最大/最小边长比应该小于100。

最大/最小体积比。

在整个计算域中最大计算单元与最小计算单元的体积比应小于10000。

网格的整体质量应该大于0.25。

（quality，[0,1]之间，越接近于1表明网格质量越高）。

所有交界面的两侧网格单元分布应尽量一致，界面两侧相邻单元的面积比最大不超过4。

单个流道两个周期面上网格的周期性应该得到保证。

(对应节点应该被设为周期节点，对应周期边上点分布规律应该相同)。

20% by 2008 50% by 2015 75% by 2025

螺旋桨
Propeller
• • • •
Propeller swirl leads to asymmetric flow, positive local AOAs for the wing on the side of upward propeller rotation, negative local AOAs on the other Unsteady simulations, TAU, chimera grids Prop, Navier-Stokes: 245 h, 32 Proc. Prop+wing, Euler: 105h, 32 Proc.: strong unsteady fluctuations due to periodic passage of blade tip vortices
2.1 CFD在航空领域的应用
Institute of Fluid Mechanics
美 Northrop公司 研制战斗机YF17时， 风洞试验13500小时；历时17年,无CFD技术； YF23时， 风洞试验 5500小时（下降60％）； CFD 计算15000小时，历时8年 优点： 节约经费，缩短周期； 多工况模拟，流场描述详细
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z
代表性困惑之四：
网格生成
完成一个CFD作业所需的人工工作量示意图
80％ 工作 量 90％ 工作 量
几何外形、网格生成 流场计算 计算结果后处理
问题的提出
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近30年来，虽然CFD取得了很大的成就，但是，CFD的网 格生成却几乎一直没有显著的进展，事实上，完成一个 CFD作业的人工工作基本都消耗在网格生成上，而这个人 工工作量多少年来都没有明显的减少。

结构与非结构网格之间的转换及应用
张敏;盛颂恩;黄庆宏;刘晶
【期刊名称】《浙江工业大学学报》
【年(卷),期】2006(034)006
【摘要】结构化网格转换成非结构化网格是网格生成技术的一个分支.通过这种转换,可以同时得到两种网格的优势,即结构化网格收敛快和非结构化网格适应边界广的特性,并且也拓展了非结构化网格计算程序的应用范围.笔者给出了正交网格和适体网格的转换模型,用基元有限容积法和二阶精度格式,在转换后的非结构化网格中离散热传导方程,同时也提供多个三维不同几何形状和不同边界条件的热传导算例,以此检验这种转换的正确性和可行性.
【总页数】4页(P684-687)
【作者】张敏;盛颂恩;黄庆宏;刘晶
【作者单位】南京理工大学,动力工程学院,江苏,南京,210094;浙江工业大学,机电工程学院,浙江,杭州,310032;南京师范大学,动力工程学院,江苏,南京,210042;南京理工大学,动力工程学院,江苏,南京,210094
【正文语种】中文
【中图分类】O35
【相关文献】
1.结构网格与非结构网格联合技术及在内爆问题中的应用 [J], 王瑞利
2.面向非结构网格应用并行程序的编程工具 [J], 景翠萍;廖丽;王伟
3.基于非结构网格的高分辨率隐式算法研究及应用 [J], 路川藤;罗小峰
4.非结构网格模型在闽东沿海台风浪模拟中的应用 [J], 何佳
5.非结构网格模型在闽东沿海台风浪模拟中的应用 [J], 何佳;
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