FloEFD热仿真分析之网格划分

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本文摘要（由AI生成）：

本文概述了Floefd软件的网格划分功能，包括全自动和基于仿真结果的自适应网格划分。该软件采用有限体积法离散数值技术，使用六面体网格离散仿真项目。介绍了流体、固体和部分网格类型，全局和局部网格用于解析固体和细化关键区域。还讨论了初始计算网格的设定、细化策略和控制平面的应用。最后，提及了基于结果的自适应网格调整功能，以及初始网格的等级和边界网格细化的相关设置。

网格介绍

Floefd支持全自动网格划分和基于仿真结果的自适应网格划分。其采用基于有限体积法的离散数值技术来求解热和流动相关问题的控制方程，即采用六面体网格来离散仿真项目，且网格单元的边界面与笛卡尔全局坐标系的坐标轴垂直。

初始计算网格：在分析之前生成的计算网格称为初始计算网格，由基础网格和网格细化设置决定；

基础网格：按照坐标系的平面将计算域划分为若干切片，由此获得矩形网格为基础网格；

全局网格：为了更好地解析固体模型并获得更准确的解，在所选区域中按照指定的参数将基础网格的网格进一步细分为更小的矩形网格为全局网格；

局部网格：针对分析而言重要的区域，需要进一步细化一个或多个局部区域而生成的网格为局部网格；

基于结果的自适应网格：在计算过程中，软件通过拆分流动区域中的梯度大的网格单元，并合并梯度小的网格单元来调整计算网格使其适应解的网格。

网格类型

流体网格：网格内部完全是流体；

固体网格：网格内部完全是固体；

部分网格：部分在固体中和部分在流体中的网格，对于每个部分网格，保留了网格边缘与固体表面的交叉点的坐标和网格内固体表面的法线；

网格设置

在创建网格过程中，软件首先会创建基础网格（0级网格），如不进行特别的设置，基础网格的大小一致。在基础网格创建后，软件会根据网格的设置和几何模型的特点，进行网格加密。

全局网格自动设置

通过指定用于控制基础网格单元数量的初始网格的级别以及在模型的狭长通道中进行网格细化的。

初始网格的级别：

初始网格的等级分为最低1级，最高7级。级别越高，产生的细化网格越多，但是占用的CPU时间和计算机内存也更多。一般建议初始网格的等级4或5。注意，相邻网格之间细化等级差异不能超过1。不管是否考虑网格细化，最小网格尺寸根据基础网格尺寸定义，所以基础网格的生成对于最终计算网格的生成至关重要。

最小缝隙尺寸：

用于指定最小缝隙尺寸值，以识别未被软件自动识别的细小模型。软件默认采用整体尺寸、计算域以及在其上指定条件和目标的面的有关信息来确认最小缝隙尺寸。当较小的缝隙不能被识别时，可手动更改最小缝隙尺寸。

在开始计算之前，建议检查模型精度以确保能够识别小的特征。使用项目摘要观察最小缝隙尺寸。如果设置边界条件、表面目标或修改模型或计算域，那么此特征大小可能会改变。

待封闭孔隙的最大高度：

针对一些封闭狭槽，可指定封闭的最大槽高值，这样可以使用最接近槽尺寸的固体来填充高度小于该指定值得槽。

比率因子（仅外部分析）：

用于调整内部控制平面以外的网格大小比率。默认情况下，模型周围会自动放置内部控制平面。内部控制平面以内的网格大小是统一的，而在内部控制平面以外，网格大小会沿各个方向逐渐变化。

均匀网格（仅外部分析）：

选中时，将禁用比率因数选项，并将所有控制平面的单元大小比率设为 1。

高级通道细化：

如果选择了此选项，默认的最大通道细化级别会设置为比公差级别大 1。否则，它将取决于初始网格的级别且不能大于4，从而限制沿垂直于固体/流体接触面的方向穿过模型流动通道的网格的最小大小。

全局网格手动设置

软件使用的数值求解技术能满足大多数情况下，但如果待解决的模型或问题特别复杂，以至于软件默认网格超出计算资源能力，则应当考虑使用手动网格设置来减少网格的数量。

基础网格设置：

默认情况下，基础网格的平面与全局坐标系的X\Y\Z方向一致，而它们之间的距离由各方向上指定的网格数量决定。如有必要，还可以创建自定义控制平面并指定间距，这样就可以只在关键位置网格加密，其他远离区域设置较粗的网格。

在控制平面窗口设置对应的参数，增加/删除控制面，定义各控制面的名称、区间、位置、类型、数字、大小及比率。除了比率，其他都比较好理解，不加以展开。

比率：定义为较大网格与较小网格之间的比率，网格大小沿着所选的全局坐标系的方向逐渐变化，使得指定区间内第一个网格与最后一个网格之比接近比率值，若负值则网格大小反向增加。注：如果指定参数导致一个区间内的相邻网格或区间之间的相邻网格的大小比率过高，就会有警告。

网格细化设置：

不同类型网格细化：

设置对应细化流体网格级别、细化固体网格级别和细化边界网格级别实现。

注：此处的网格细化级别设置针对于整个模型。

狭长通道网格细化：

可通过设置网格数量或细化级别定义。

在通道下，可指定模型流动通道中额外的网格细化，以获得更准确的解。

网格数量：跨通道网格特征数是指跨越垂直于固体/流体接触面方向的模型流动通道设置的初始网格数量（包括固体-流体边界边界网格）；最大通道细化级别指定限制狭长通道中的最小网格大小。如果可能，通过狭长通道的网格的数量将等于指定的特征数，否则也会接近该特征数。如果不满足此条件，则会对此方向上的网格进行拆分以满足条件，而初始网格拆分的细化标准满足其一即可。

如果未选择要细化的最小通道高度和要细化的最大通道高度选项，则狭长通道中的网格细化过程将会应用于整个计算域或选定的局部区域。如果选择这些选项（或选择其中之一作为限制）那么只有在指定所需的范围内的通道就行网格细化。

细化级别：用于定义模型流动通道的统一网格，即根据通道高度指定细化级别；

边界网格细化：

通过细小固体特征细化级别、曲率级别、曲率标准以及耐受度、耐受度标准定义；

细小固体特征细化级别：通过指定细化级别，使用更密的网格抓取物质之间边界（流体/固体、流体/多孔体、多孔体/固体接触面，或不同固体之间的边界）处的相对较小的特征。

弯曲度级别：通过指定细化级别来限制满足曲率标准的最小网格大小；曲率标准是指指定一个临界角度，软件会在每个网格中用该角度与落在构成该网格中表面的三角形上的法线之间的最大角度α进行比较。标准越小，网格越密。

注：当细小固体特征细化级别等于曲率级别时，若曲率标准小于120°（2.0944rad），曲率细化的优先级将大于细小固体特征细化。

耐受度级别：指定细化级别来限制满足公差标准的最小网格大小；耐受标准：是将任何表面作为多边形。而多边形的顶点就是表面与网格边缘的交点。如果最远接触面在网格中的点与近似表示此接触面的多边形之间的距离h大于标准，网格就会细化。

显示细化等级：仅限显示作用；

局部网格设置

当使用全局网格设置的初始网格无法准确求解的特征或者区域时，则可以使用局部网格。局部网格设置的优先级高于全局设置，因此在应用局部设置的区域中将完全忽略全局网格设置。局部网格的细化设置与全局网格类似，可以通过设置不同类型网格细化、狭长通道细化以及边界网格细化定义，只有等距细化才是局部网格特有，下面就只要介绍下等距细化。

等距细化设置：

等距细化只有在选择参考时有效，是指把选择的模型特征等距离的平面所界定的区域内指定额外的网格细化。

壳体数量：定义壳体数量，但从选定的表面开始不得大于3；

最大等距级别：指定细化级别来限制最接近所选表面的壳体内的最小网格大小，下个网格再减1；

偏移距离：定义壳体的厚度，该距离始终从选择的面开始计算。

基于结果的自适应网格

基于结果的自适应网格在计算过程中调整计算网格使其适应解的程序。软件会拆分流动区域中的梯度大的网格单元（在计算之前或在之前的自适网格细化过程中无法准确解析的单元），并合并梯度小的网格单元。

在全局域和局部区域下，可以为整个计算域和之前创建的局部网格区域指定细化级别。细化级别指定为了达到基于解的自适应网格细化标准而执行的初始网格拆分次数，从而控制计算网格大小的最大值。例如，如果细化级别等于 2，且初始网格为 4 级，则自适应解决方案细化可将这些网格向下拆分为 6 级网格。

近似最大网格：网格总数量限制在指定的近似最大网格值内。如果超过最大网格数量，则会限值最后一轮细化循环的网格数量。

细化策略：控制细化计算网格的计算时间矩。可以保留表细化（用作默认策略），或者选择定期细化、目标收敛或仅手动细化。然后在右网格中选择细化网格的计算时间矩的计量单位（行程或迭代次数）。如果选择了表策略，则可通过单击细化表右侧选项在相应框中指定网格细化时间矩表。如果选择了定期策略，则可以指定开始时间矩（即第一次细化的时间矩），以及执行定期细化的周期。如果选择了目标收敛策略，则通过单击目标右侧选项，可以选择当所有指定的目标全部收敛时需要将计算网格细化到的目标。此外，还可以指定延迟到发生目标收敛后的指定时间开始细化。如果选择了仅手动策略，则只有在手动激活细化时才会细化计算网格

松弛间隔：在上次网格细化之后，完成计算之前，需要松弛间隔。计算无法自动停止，直到自上次网格细化发生后松弛间隔到期。此外，在执行瞬态分析时，松弛间隔用于收集通过属于松弛间隔的迭代次数分析的解梯度的统计数据。