基于gambit的建模及網(wǎng)格剖分技術(shù)

基于Gambit的建模及網(wǎng)格剖分技術(shù)精確解是在整個求解區(qū)域內(nèi)連續(xù)變化的函數(shù)。由于實際問題多屬于非線性系統(tǒng)，無法得到精確解，因而常用數(shù)值解來近似。ZheJiang

University網(wǎng)格的重要性計算流體力學(xué)（CFD）的基本思想是：用一系列有限的離散點上的值的集合，來代替原來在空間和時間坐標(biāo)中連續(xù)的物理量的場。具體做法就是對控制方程在規(guī)定的區(qū)域上進(jìn)行離散，從而轉(zhuǎn)變?yōu)樵诟麟x散點上定義的代數(shù)方程組，然后用線性代數(shù)的方法迭代求解。網(wǎng)格作為計算區(qū)域離散的產(chǎn)物，其好壞不僅直接關(guān)系到數(shù)值計算的穩(wěn)定性、收斂性和計算效率，而且還關(guān)系到計算結(jié)果的正確性和分辨率。網(wǎng)格分類ZheJiang

University結(jié)構(gòu)網(wǎng)格網(wǎng)格系統(tǒng)中結(jié)點排列有序，鄰點間的關(guān)系明確。貼體網(wǎng)格把物理平面上的不規(guī)則區(qū)域變換成計算平面上的規(guī)則區(qū)域·

非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格網(wǎng)格系統(tǒng)中節(jié)點的位置無法用一個固定的法則予以有序地命名。ZheJiang

UniversityZheJiang

University優(yōu)

點缺

點結(jié)

構(gòu)網(wǎng)

格可以方便準(zhǔn)確地處理邊界條件計算精度、效率高可以采用許多高效隱式算法和多重網(wǎng)格法對外形復(fù)雜的計算區(qū)域，網(wǎng)格生成較難非結(jié)構(gòu)網(wǎng)

格適合于復(fù)雜區(qū)域的網(wǎng)格劃分，特 別對奇性點的處理很簡單其隨機的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)更易于作網(wǎng)格自適應(yīng)，以便更好地捕獲流場的物理特性網(wǎng)格生成的工作量大離散方程的求解速度較慢，求解精度不高無法使用高精度的有限差分格式我們通常所說的結(jié)構(gòu)、非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，實質(zhì)上是指的網(wǎng)格形狀——四邊形、六面體就是結(jié)構(gòu)網(wǎng)格；三角形、四面體就是非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。ZheJiang

University應(yīng)當(dāng)指出，除了PHOENICS的前處理器能提供結(jié)構(gòu)網(wǎng)格外，當(dāng)前流行的各類商業(yè)CFD軟件，包括

fLUENT（GAMBIT）、CFX（ICEM）、STAR-CD、POLYFLOW等都只能提供非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格！具體內(nèi)容可參照水利與海洋工程系朱嵩博士的《計算流體力學(xué)軟件對比試驗》報告。下載地址：10.22.101.197\migao

cfd

cfd

21ZheJiang

UniversityGambit簡介GAMBIT軟件是Fluent公司提供的前處理器軟件，它包含功能較強的幾何建模能力和強大的網(wǎng)格劃分工具。GAMBIT可以生成FLUENT6、FLUENT5.5、FIDAP、POLYFLOW等求解器所需要的網(wǎng)格。用戶可以直接使用Gambit軟件建立復(fù)雜的實體模型，也可以從主流的CAD/CAE系統(tǒng)中直接讀入數(shù)據(jù)。ZheJiang

UniversityZheJiang

UniversityGambit’

GUIGlobal

ControlCommand

Line&

WindowsDescriptionwindowMainMenuBarOperationTool

padOperation

Tool

PadsZheJiang

UniversityBoundary

LayerEdgeFaceVolumeGroupBoundary

TypesBoundary

EntityContinuum

TypesContinuum

EntityVertexEdgeFaceVolumeGroupCoordinatesystems模型創(chuàng)建Creating

Geometry·

自下而上的圖形生成:Bottom-upZheJiang

University點vertex線edge面face體volumeZheJiang

University·

自上而下的圖形生成:Top-downBSubtractAWith

B·通過Boolean和Split操作創(chuàng)建實體ACDCSplit

CWith

D由于對edge

meshing相對簡單，因而直接從face

meshing開始。ZheJiang

University網(wǎng)格剖分2D：Face

meshingGambit自動選擇Quad

element作為默認(rèn)的網(wǎng)格類型Gambit根據(jù)選定的求解器（solver）和面上頂點（vertex）的類型選擇網(wǎng)格剖分的規(guī)則（scheme

type）ZheJiang

UniversityElement/Scheme

Type的組合情況ElementQuadQuad/TriTriSchemetypeMap

SubmapPaveTri-PrimitiveMapPaveWedgePaveZheJiang

UniversityQuad:

MapQuad:

SubmapQuad:

Tri-PrimitiveQuad:

PaveZheJiang

UniversityQuad/Tri:

MapQuad/Tri:

PaveQuad/Tri:

WedgeTri:

PaveZheJiang

University3D：Volume

meshingGambit根據(jù)選定的求解器（solver）和體上面（face）的類型選擇網(wǎng)格類型（element）和剖分規(guī)則（scheme

type）當(dāng)存在二義性情況時，Gambit會默認(rèn)使用混合網(wǎng)格（Tet/Hybrid）和TGrid規(guī)則ZheJiang

UniversityElement/Scheme

Type的組合情況ElementHexHex/WedgeTet/HbridSchemetypeMap

SubmapTet-PrimitiveCooperStairstepCooperTGridHex:

MapHex:

Submap

Hex:

Tet-PrimitiveHex:

CooperHex:

StairstepZheJiang

UniversityHex/Wedge:

CooperTet/Hybrid:

TGridZheJiang

University評價網(wǎng)格質(zhì)量一般，我們通過等角斜率（

EquiAngle

Skew）來評價網(wǎng)格質(zhì)量EquiAngle

Skew的定義為：maxmin=

largest

angle

in

face

or

cell=

smallest

angle

in

face

or

celle···

=

angle

for

equiangular

face

or

cell·

e.g.,

60

for

triangle,

90

for

square·

EquiAngle

Skew的范圍：ZheJiang

University0best1worstminmaxZheJiang

UniversityExamine

Mesh

FormDisplay

TypePlane/SphereView

mesh

elements

that

fall

in

plane

orsphereRangeView

mesh

elements

within

quality

range.Histogram

shows

quality

distribution.Select

2D/3D

and

Element

TypeSelect

Quality

TypeDisplay

ModeChange

cell

display

attributes.優(yōu)化網(wǎng)格的基本途徑1.

自下而上的剖分網(wǎng)格：通過edge

meshing控制face

meshing通過face

meshing控制volume

meshingZheJiang

UniversityZheJiang

University2.

Decompose

Geometry：運用Split功能添加輔助線，將復(fù)雜的不規(guī)則幾何形體分解為相連的（connected）規(guī)則幾何形體Example：圓柱繞流ZheJiang

University輔助線3.

Change

Vertex

Type：通過改變面上頂點（vertex）的類型，使

Gambit選擇特定的網(wǎng)格剖分規(guī)則，從而達(dá)到特殊的效果ZheJiang

University面上所有頂點會根據(jù)缺省的角度準(zhǔn)則（angle

criteria）被指定為某種類型面上頂點的類型用于決定除了pave格式之外的網(wǎng)格劃分規(guī)則頂點類型可以人為修改:通過set

face

vertex

type 命令修改ZheJiang

University面頂點的類型ZheJiang

University缺省角度準(zhǔn)則：Default

Angle

Criteria·

End

(E)·

0

<

Angle

<

120·

Side

(S)·

120

<

Angle

<

216·

Corner

(C)·

216

<

Angle

<

309·

Reverse

(R)·

309

<

Angle

<

360EEESSSCCCRRZheJiang

University·

前四種頂點類型（E、S、C、R）都可用于規(guī)則的四邊形網(wǎng)格劃分，最后的兩種類型(Tri-and

Notrielement)用于特定場合.SideCornerReverseType:

EndInternal

grid

lines

0123·

ExampleESCRZheJiang

UniversityMap

Scheme頂點類型：4*E

+

n*SEEEES+EEE

ESn*S（周期性map）S

SSSSSSZheJiang

UniversityEESSCCSSEEEEEEEEEESEEEEdefaultMap:

4*EndMap:

4*End

+

4*SideDefaultSubmap

Scheme頂點類型：·

4*E

+

m*S

+

n*(E

+

C)

+

p*(2*E

+

R)ZheJiang

UniversityEEE

E

E

E·

n*S

+

m*(2*E

+

2*C)

+p*(4*C)C

CSCSEEEEE

C

E

C

E

C C

C

CS

SZheJiang

UniversityREESEEEREEEEEEEdefaultESubmap:

4*End

+

Side

+

(2*End

+

Reverse)REEEEREEEEEEEdefaultE

SESubmap:

4*End

+

Side

+

(2*End

+

Reverse)Tri-Primitive

SchemeTri-Primitivescheme首先通過面和邊上的中點（mid-point)把一個face分成3個part，然后再對每個part使用map

scheme頂點類型：3*E+n*SZheJiang

UniversitySEEESEEESEEEdefaultInternal

decompositionMeshZheJiang

UniversityENTPave

Scheme

忽略一切頂點類型，除了Trielement

(T)

and

Notrielement

(N)Trielement(T)強制生成三角形Notrielement(N)避免生成三角形TEESZheJiang

University什么是高質(zhì)量的計算網(wǎng)格足夠精細(xì)均勻、正交（斜率小）網(wǎng)格的