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选择合适的 Fluent 前处理工具

6天前浏览9972

本文摘要(由AI生成):

本文主要讨论了如何选择适合自己、适合仿真的Fluent前处理工具。文章首先介绍了Fluent前处理工具的种类繁多,并指出本文的目的是提供一些信息,引发大家的思考。接着,文章限定了使用Fluent的场景,并针对不同的场景给出了相应的建议。最后,文章总结了选择Fluent前处理工具的思路,并给出了一张图片。

随着商业软件的不断发展,Fluent 仿真的前处理工具也越来越多。同时,大多数软件都在不断的更新功能,使我们的工作越来越方便、快捷、精准。当然,面对着种类繁多的前处理工具,如何选择适合自己、适合仿真的软件,反而成为了一件“幸福的烦心事”。本文就尝试从一个最为普适 Fluent 仿真的角度,介绍一下选择前处理工具的通用思路。


1 令人眼花缭乱的Fluent前处理工具

本文的目的并不是要否定别人的观点、也并不希望一定能够说服大家,而仅仅是从某些特定的角度,提供一些信息,希望能够引发大家的思考。

场景的限定:对于大多数的工程师而言,不同的案例对于网格的要求通常是有区别的。因此在选择网格类型、选择前处理工具之前,必须要限定我们使用Fluent的场景,这样才能更有说服力。

画外音:关于网格类型的选择,由于篇幅所限就不做介绍了,详情可以参见仿真秀中崔老师的文章ANSYS
Fluent 
网格划分二三事》。



场景一:工程师需要处理相对紧急的仿真工作

在这样一种状态下,仿真工具的选择只有一个要求,那就是熟练。任何的仿真工作仍旧属于工程的范畴,需要考虑工作效率的优先级。因此,在此类场景下必须使用自己熟悉的软件(即使是Gambit这一类处于鄙视链末端的软件),而不需要考虑软件的其他特性,我们的目标就是按照最快的速度完成仿真工作。


2 不管怎样,Gambit仍旧可以有效生成 Fluent 需要的体网格



场景二:相对较为缓和的仿真要求或研究性、探索性仿真分析

在这样一种情况下,可选的前处理工具就比较多了。在这里我们还是建议使用 ANSYS 公司的软件(如 SCDMFluent
Meshing 
等),原因有三:

Fluent 目前是 ANSYS 旗下的求解器,选用自家的软件可以有效避免很多软件间数据交互的问题。

ANSYS 目前在流体仿真中具备功能完备的前处理软件群,可以有效适应各种不同的仿真需求。

③ 随着客户对仿真要求的不断提升,ANSYS 一直在探索一体化的流体仿真流程,从而实现更为高效快捷的工作状态。因此,掌握 ANSYS 前处理技术将在不久的将来成为 Fluent 工程师的必修课。

虽然明确了选择 ANSYS 前处理软件的思路,但“幸福的烦恼”仍旧存在,因为目前 ANSYS 的前处理工具还是比较多的,如何选择仍旧需要继续讨论。为了缩减选择的范围,下文的场景主要基于 ANSYS 软件展开。


3 “幸福的烦恼”  ANSYS 流体仿真前处理家族合影



场景三:需要处理产品的几何模型

这一块的内容选择起来相对较为容易,主要按照以下的流程即可。


4 几何选择流程图

简单的讲就是:专用的叶片设计用Blade Modeler强参数化需求的问题使用 DM、其余绝大部分通用问题,都选择 SCDM 

自从2015年 SCDM 被 ANSYS 收购到今天,大家可以明显的发现 SCDM 已经逐渐取代了 DM 成为使用最为广泛的几何处理工具。而且 SCDM 的无约束、无特征建模思路也被证明是最适合流体仿真前处理的方法。

当然,ANSYS 对于 SCDM 的“爱”还不止于此。包括 Discovery Live /AIM 在内的新仿真工具,目前都是基于 SCDM 软件开发的;同时,2019之后的版本还可能新增一体化网格划分功能,即将 ICEM CFD 的六面体技术与 SCDM 融合起来。这些都体现出 ANSYS 对于这个软件的重视。因此,在几何处理的环节选择被ANSYS着重投入精力的 SCDM 软件是毫无争议可言的。


5 基于 SCDM 开发的实时仿真工具 Discovery Live


6 SCDM 2019版本的 beta 功能:基于 block 的网格划分

几何处理完毕以后,就进入到了网格环节。主要还剩下以下几个场景需要判断和选择。



场景四:需要使用六面体(Hex/Quad)网格

常用的工业品流体仿真,大多数并不需要使用六面体网格。因为产品的几何形状通常相对复杂,划分六面体网格需要的时间过长,会降低整体的工程效率。因此,选择使用六面体(Hex/Quad)网格的场景通常有以下几个方面:

① 当几何简单(或二维)的时候;

② 当关键区域的流动方向与网格方向完全一致的时候,此时可以有效降低数值误差,提升收敛效率;

③ 当领导/专家有特殊要求的时候;

④ 当你喜欢划分六面体网格,而且相关经验丰富,时间充足,视力感觉良好的时候。


7 旋转叶片和散热翅片,是为数不多的网格方向与流场一致的工业品,使用六面体将极大的提升仿真精度


8 对于航空航天行业的外流场问题,全六面体网格也是常见的选择

对于六面体需求的场景,只能推荐使用 ICEM CFD 来做。因为 Fluent Meshing 无法生成 Hex/QuadWorkbench Meshing 也无法有效应对复杂几何的全六面体。

画外音:除了纯六面体网格外,其他的场景则不建议使用 ICEM CFD。原因如下:

① 几何修复能力远不及 SCDM(包括建模效率、修复效率、操作界面等)

② 针对简单几何的自动网格划分,工作效率不及 Workbench Meshing ICEM 过于复杂)

③ 针对复杂几何的自动网格划分,综合素质也不如 Fluent Meshing (如稳定性、工作效率等)

因此,最后需要讨论的,只剩下 Fluent Meshing 和 Workbench Meshing 了。



场景五:如果工程师是流体新手,仿真几何简单或者需要做仿真模板

以上三种情况是必须要选择 Workbench Meshing 的。对于简单的网格划分问题(包括二维),Workbench
Meshing 
易于上手且简单高效,符合仿真效率优先的要求;对于仿真模板的参数化的问题,Fluent
Meshing 
目前还不能和 Workbench 联动,因此只能选择 Workbench
Meshing


9  Workbench Meshing 是极为友好的新手入门软件,几乎可以一键划分网格

画外音:2019之前版本的参数化功能和 ICEM CFD 的六面体网格兼容性也不太好。



场景六:不属于场景五的其他情况

这个时候 Workbench Meshing 就已经不存在统治级别的优先了。所以,通常我们要看工程师对 Fluent Meshing 的熟悉程度。如果熟悉,那么 Fluent Meshing 一定是首选;不熟悉的话,就只能转战 Workbench Meshing 了。当然,我们还是建议各位工程师利用课余时间学习 Fluent
Meshing
,因为 Workbench Meshing 还是有很多限制的。


10
Fluent Meshing 
目前已经成为 ANSYS 主推的流体前处理工具,针对之前被人诟病最多的易用性问题,进行了大幅度的改善



场景七:需要一些高级的网格操作

网格的高级操作主要包括以下几个方面:

  分步网格划分

  网格拼接

  网格质量自动提升

  体网格的生成与阵列

  周期性网格生成

  混合网格生成

  ……

对于这些高级的网格处理功能,原则上 Fluent Meshing 和 ICEM CFD 都能够完成,反而 Workbench Meshing 就忘尘莫及了。



最后总结成一张图片:


11 如何为我们的Fluent算例选择合适的ANSYS前处理工具


作者:张杨 流体高级工程师
仿真秀专栏作者

声明:原创文章,首发仿真秀,部分图片源自网络,如有不当请联系我们,欢迎分享,禁止私自转载,转载请联系我们。

SpaceClaimMeshingICEM CFDFluent MeshingFluent几何处理网格处理
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2019-03-04
最近编辑:6天前
张杨
硕士 | 高级流体工程... 仿真分析要有理有据
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未登录
10条评论
zhanghui
专心致志🌈
2年前
不错!
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糖醋排骨
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3年前
是想了解的内容,非常感谢!
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老鸭榨果汁
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4年前
厉害厉害,给本小白好好的科普了一下
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fairy
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4年前
学习了
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monkeyfire
monkeyfire
5年前
要用CFX怎么办。。貌似Fluent Meshing生成的网格没法给CFX用?
回复 1条回复
高飞
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5年前
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仿真秀0307081513
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5年前
fluent meshing是真的好,工程应用更多的还是非结构网格,自从用过fluent meshing之后我就放弃了ICEM和ANSA这些了
回复 1条回复
小凌壮壮
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5年前
张老师能否出一期关于uds作用的文章
回复 1条回复
kyle yuan
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5年前
写的很不错
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小凌壮壮
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5年前
写的真好!
回复 1条回复

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