ANSYS ICEM CFD——网格划分基础知识

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

1、网格划分技术

在使用商用CFD软件的工作中，大约有80%的时间是花费在网格划分上的，可以说网格划分能力的高低是决定工作效率的主要因素之一。

结构化网格和非结构化网格的比较

FLUENT软件采用非结构网络与适应性网络相结合的方式进行网络划分。与结构化网络和分块结构网络相比，非结构网络划分便于处理复杂外形的网络划分，而适应性网格则便于计算流场参数变化剧烈、梯度很大的流动，同时这种划分方式也便于网络的细化或粗化，使得网络划分更灵活、简便。

结构网格就是在一定区域内的网格点可以用统一的编号，比如三维的网格点可以用连续i，j，k唯一标志并且可以表达相互之间的位置关系，比较节约存储空间，利于编程计算，但对复杂流场的适应性较差。
非结构网格一般是每个单独的网格单元都有独立的编号，并且最后要附加一个全场的总编号来确定每个单独网格之间的关系，占用的存储空间较大，编程比较麻烦，但是对复杂流场的适应性较好。

FLUENT划分网格的途径

1、一种是用FLUENT提供的专用网络软件GAMBIT进行网络划分；
2、另一种则是由其他的CAD软件完成造型工作，再导入GAMBIT中生成网格。
还可以用其他网格生成软件生成与FLUENT兼容的Pro/E，SolidWorks，Solidedge等。除了GAMBIT外，可以生成FLUENT网格的网格软件还有ICEM CFD、GridGen等。

FLUENT（Gambit）可以划分的网格类型

FLUENT可以划分：

• 二维：三角形和四边形网格
• 三维：四面体网格、六面体网格、金字塔型网格、楔形网格，以及由上述网格类型构成的混合型网格。

ICEM划分的网格类型

非结构壳/面网格类型（二维）

壳/面网格（Shell Mesh）是指二维平面网络或三维曲面网格。平面网格可用于流体力学二维数值计算；壳网络既可以用于固体力学的数值计算，也可以作为生成非结构三维体网格的边界。下面首先介绍ICEM中壳/面网格的基本概念。
Method Type，即网格类型，壳/面网格有四种网格类型，分别如下：
1）All Tri，即所有网格单元均为三角形。
2）Quad w/one Tri，即某一面上的网格单元大部分是四边形，最多允许有一个三角形网格单元。
3）Quad Dominant，即某一面上的网格单元大部分是四边形，允许一部分三角形网格单元的存在。复杂的面适用于该种网格类型，此时如果生成全部四边形网格会导致网格质量非常低；对于简单的几何，该网格类型和Quad w/one Tri生成网格效果相似。
4）All Quad，即所有面的网格单元均为四边形。

非结构壳/面网格生成方法

Mesh Method，网格生成方法，即生成网格的计算法则。
壳网格主要有四种生成方法，分别如下：
1）Autoblock，自动块方法，自动在每个面上生成二维Block而后生成网格。
2）Patch Dependent，根据面的轮廓线来生成网格，该方法能够较好地捕捉几何特征，创建以四边形为主的高质量网格。（注意：轮廓线即围成面的线）
3）Patch Independent，网格生成过程不严格按照轮廓线，使用稳定的八叉树方法，生成网格过程中能够忽略缝隙(Gap)、洞(Hole)等细小的几何特征，尤其适用于“不干净”的几何。
注意：ICEM中的实体由封闭的面构成，“不干净”的几何是指由于缝隙、洞等存在导致面没有完全封闭的几何。每种网格生成方法对几何封闭程度的要求不尽相同。
4）Shrinkwrap，是一种笛卡尔网络生成方法，会忽略大的几何特征、沟、洞等，适用于复杂“不干净”的几何模型快速生成壳网络，不适合薄板类实体网络生成。

非结构体网络类型（三维）

非结构体网格（Auto Volume Meshing）是指在ICEM中设定网格类型和生成方法等参数后，由软件自动计算得到的体网格。该方法生成网格过程中人工参与工作量较小，减轻了工程人员的负担，但是计算机工作量大，对计算机性能要求较高。生成的体网格可用于流体力学、固体力学的数值计算。
下面是三种不同的非结构体网格类型（Mesh Type）：
1）Tetra/Mixed，一种应用广泛的非结构体网格类型。在默认情况下，系统自动生成四面体网格（Tetra），通过设定可以创建三棱柱边界层网格（Prism）；也可以在计算域内部生成以六面体单元为主的体网格（Hexcore）；或者生成既包含边界层又包含六面体单元的网格。
2）Hex-Dominant，一种以六面体网格单元为主的非结构体网格类型。近壁面处网格质量较好，但在非结构体网格内部网格质量较差。生成此类体网格时，需要壳/面网格的类型为All Quad或Quad Dominant。
3）Cartesian，一种自动生成的六面体非结构体网格，内部网格线均为直线，边界处网格线适应边界曲线。

自动体网格生成方法

不同的非结构体网格类型对应不同的网格生成方法（Mesh Method），对应关系见下表。