除了贴体网格，还有更便捷的网格技术吗？│积鼎CFD

本文主要是介绍除了贴体网格，还有更便捷的网格技术吗？│积鼎CFD，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

继续讨论流体仿真软件CFD工具。在传统的贴体网格方法中，需要应用映射网格策略，其采用Trans-finite Interpolation(TFI)算法，并将一个正四边形正交结构化网格映射到多边形边界内。这种贴体网格生成方法要求计算域必须有4个拓扑面，并且对边必须有相同的网格数量。

除了贴体网格方法，还有其他高精度的网格技术吗？

浸没边界法(IST)采用非映射网格策略，其网格划分方法采用的算法主要有：控制间距，拉伸，纵横比等，这与笛卡尔网格相同，并同样适用于笛卡尔网格的生成过程。但其对计算域几何外形要求却远远比映射贴体网格宽松，IST网格只需要两个拓扑面，要求在对边必须有相似的间隔即可。

通用流体力学软件VirtualFlow具备领先的IST网格技术，IST网格技术导入CAD文件即可自动生成结构化网格，并且可根据分析需求对模型分块及局部加密，在保证精度的前提下，避免前处理部分大量重复性工作，从而更加适合耦合传热与运动物体的计算需求。

IST采用多分量单场方程对网格划分进行控制：

基于VirtualFlow采用IST方法划分网格，工作路径简易，技术路线便捷，且网格质量高，工作路线：

导入3D CAD文件(STL格式)
将CAD文件加载到3D笛卡尔网格中
在固壁附近自动进行细化加密
对于网格细化要求较高的算力需要，可在需要的地方围绕固壁边界创建细化子块进一步加密网格

采用IST网格技术的计算结果佳

IST网格技术计算精度高，这里给出基于IST网格技术，针对不同Re数下二维圆柱绕流算例的计算结果，并与前人数值和实验结果进行了对比，下图为Re数为20和100时，圆柱绕流工况中，圆柱周围流场速度x方向分量的分布情况计算结果。在Re=20工况中，在圆柱周围布置有一层网格加密过渡；在Re=100工况中，可以看到在计算域中分布有三层网格加密/疏散过渡，并且可以较好地捕捉到圆柱周围流场流动的非定常效应。

Re=20，圆柱绕流，速度x方向分量分布

Re=100，圆柱绕流，速度x方向分量分布

这里将基于IST网格技术的数值计算结果与前人数值及实验结果进行对比，如下表所示，对比结果良好，基于IST网格技术的数值计算结果与实验及浸入边界法计算结果基本一致。

基于IST网格方法的VirtualFlow计算结果与前人结果对比

这里进一步给出了基于IST网格技术的VirtualFlow对圆柱绕流问题的数值结果，如下图所示，分别为速度在正交方向上的分解以及压力情况。

基于IST网格技术的VirtualFlow对圆柱绕流问题的数值结果

这里给出了基于IST网格技术的VirtualFlow在Re=40、100及50-200和3900情况下的圆柱绕流问题的数值结果与Thom(1933)的实验结果以及Correlation Lange(1998)结果的对比情况，可以看到对比情况良好，基于IST网格技术的VirtualFlow计算结果与前人结果跟随性良好。

VirtualFlow计算结果与前人结果定量对比

这里进一步给出基于IST网格技术的VirtualFlow数值计算结果与前人数值结果就St for Re=300、CD及CL三个方面进行对比，对比结果如下表所示，对比结果良好，与前人结果基本一致。

基于IST网格方法的VirtualFlow计算结果与前人结果对比

IST网格技术的优点

可扩展并行多块方法
保留笛卡尔网格的高阶精度，在多相流领域十分有利
与传统方法相比，可在短时间内详细绘制复杂的几何图形网格
每个块可自动细化网格
适用于共轭HT问题
适用于RBM

IST网格技术被广泛应用

微尺度流动

对微尺度流动的网格生成仅需导入CAD文件，即可一键实现自动网格细化与非流动区域网格去除，如下图所示：

在微流动工况下，IST技术可自动细化网格

IST技术可去除非流动区域的网格

能源系统

在能源系统中，IST技术也适用于热交换器、暖通空调和涡轮机的网格划分

利用IST技术对热交换器模型进行网格划分

利用IST技术对涡轮机模型进行网格划分

空气动力学

在空气动力学领域，IST技术可以用于整车、整机仿真领域，可节省三维网格。

利用IST技术对整车、整机进行网格划分

过程科学

在过程科学领域，IST网格技术同样大放异彩，可针对复杂几何外形进行快捷高效网格划分。

利用IST技术对反应器进行网格划分并进行数值计算

VirtualFlow对建筑群模型进行网格划分并做数值计算

如下为基于VirtualFlow软件对深圳市福田区华强北商业区建筑群风场模拟的结果，并给出了建筑群表面压力、建筑群周围流场、流速等流场信息随时间变化的部分计算结果。

深圳华强北商业圈的前身是生产电子、通讯、电器产品为主的工业区拥有厂房40多栋，几何外形相对较为复杂，直接对其进行几何建模并划分贴体网格的难度较高，采用IST网格技术可以极大减少数值计算难度，并显著提高计算精度。首先对深圳福田华强北商业区建筑群地图信息提取建筑物的几何模型，并构建出整体仿真计算域几何模型。

深圳福田华强北商业区建筑群

根据地图信息提取建筑物几何模型

将建立的计算域几何模型导入VirtualFlow生成远场背景网格并针对几何模型特性划分计算网格。

VirtualFlow建立的计算域及远场网格

VirtualFlow划分的计算网格

在VirtualFlow中对控制方程进行离散求解，最终得到数值计算结果，展示如下图。可以看到尽管计算域的几何模型外形较为复杂，几何特征较多，但在IST网格划分技术的支持下，VirtualFlow仍旧得到了非常精细的数值计算结果。在建筑群表面压强、流速流线图方面均表现良好，同时相较于传统贴体网格数值计算节省了大量网格数量与网格划分设计时间。