ANSYS Fluent网格划分二三事（下篇）

本文摘要（由AI生成）：

本文主要介绍了ANSYS Fluent中需要重点关注的网格评判标准，包括Check和Report Quality功能、网格质量、网格密度分布、网格纵横比、网格平滑性等。同时说明了Check功能会对网格进行检查，Report Quality功能会报告网格质量的最低值以及纵横比的最大值等。文章还介绍了如何确定边界层网格的划分参数，以及如何检查网格的平滑性。最后，文章强调了优秀的网格是ANSYS Fluent仿真计算的基础，也是重中之重的事情。

导读：《ANSYS Fluent网格划分二三事（上篇）》给大家介绍了ANSYS Fluent支持的网格类型，以及ANSYS旗下的所有网格划分工具特点和优劣势，本文重点介绍ANSYS Fluent中需要重点关注的网格评判标准，希望通过这些知识的学习，最终，让您学会选择最适合几何模型的网络拓扑，快速生成高质量的计算网格。

ANSYS Fluent网格评判标准重点

在ANSYS Fluent及网格前处理工具中，有着众多的网格评判标准，以下是需要用户重点关注的几个。

在ANSYS Fluent求解器中，有Check和Report Quality两个功能。

图13 ANSYS Fluent中的General面板

Check功能会对网格进行检查，以米制为单位列出模型在XYZ各方向的尺寸范围，并报告出网格中可能存在的问题。注意重点关注最小体积（minimum volume）的数值，确保其为正值，因为Fluent无法对负体积的网格进行计算。如果模型中出现负体积，可以通过TUI命令/mesh/check-verbosity激活更多的信息显示，并定位到负体积（不满足右手法则）网格的具体坐标值，返回到前处理中针对此处的表面网格或体网格进行处理。

图14 ANSYS Fluent中的Check功能

Report Quality功能会报告网格质量的最低值以及纵横比的最大值，并列出其所在的具体坐标值，方便用户返回到前处理中定位出现问题的地方。

图15 ANSYS Fluent中的Report Quality功能

低质量的网格有可能会导致计算收敛变慢，甚至导致计算发散或者结果出现非物理解的现象，因此在前处理网格划分时需要特别关注网格质量。

图16 低质量网格导致的非物理解

以正交质量（Orthogonal Quality）为检查标准，通常在前处理中至少要保证网格的正交质量大于0.15，当然越高越好。

图17 网格正交质量的要求

网格的纵横比通常应当小于10~100，在没有强烈横向梯度的区域（例如边界层内部）允许存在更大的网格纵横比。

此外，通常还需要检查网格的平滑性（Smoothness），这是相邻两个网格的体积比值，在ANSYS Fluent中使用Setting Up Domain — Adapt菜单下的Volume Adaption功能来检查Volume Change的最大值。如果最大值小于2.5，通常认为网格的平滑性较好。如果最大值处于5到20，通常认为网格的平滑性较差。

图18 使用Volume Adaption功能检查网格的平滑性

以下两个案例展示了平滑性较差的网格和平滑性较好的网格对比。 

图19 平滑性较差和平滑性较好的网格对比

除了这些网格评判标准之外，在前处理网格划分时还需要特别关注网格的密度分布情况。

首先，网格的局部细化尺寸要足够小，以能够精确捕捉几何模型中一些关键的曲面、尖角、狭缝等对计算有所影响的细节特征。

图20 在流体狭缝通道内要保持足够多的网格层数以满足计算要求

其次，在计算域中存在特殊物理现象或较大的变量梯度范围内，例如边界层、流动分离区、尾迹区、激波间断面等，应当进行网格加密。如果事先无法获知变量梯度较大的区域位置，也可以在计算中使用ANSYS Fluent的自适应网格技术自动进行加密，或者根据计算出的结果返回到前处理中重新划分局部加密的网格。

图21 ANSYS Fluent的网格自适应技术

最后，如何确定边界层网格的划分参数也是一件非常复杂的事情，建议参考ANSYS Fluent的帮助文档或边界层理论相关的文献了解更加深入的理论知识，本文仅给出实际操作的流程方法。

在网格划分开始之前就需要先确定将来准备使用的湍流模型和近壁面处理方法。如果准备选用高雷诺数模型，例如k-epsilon模型和standard wall functions，需要满足近壁面第一层网格的y+值在30到300之间；如果准备选用低雷诺数模型，例如k-omega SST，需要满足近壁面第一层网格的y+值约等于1。

以选择y+值等于50为例，使用电脑浏览器打开搜索引擎，检索关键词“y+ calculator”并打开网站，输入相关的流动参数和物性参数，以及所期望的y+值50，即可求出第一层边界层网格的厚度。

在前处理中设置边界层网格的参数时，使用指定第一层边界层厚度的方式并输入前面所求得的数值，边界层相邻两层的厚度增长比最好不要超过1.2，根据边界层外部流体域中的网格尺寸，估算出合适的边界层总层数，以能够满足最后一层边界层的厚度和边界层外部的流体域网格之间能够平滑过渡（Smoothness的要求）。

按照这样的流程划分完网格后，到ANSYS Fluent中选择相匹配的湍流模型进行计算，计算完成后在结果后处理中检查壁面的y+值是否在预想的区间范围内，如果超出了所要求的y+值范围，还需要返回到前处理中重新修改边界层网格的参数并重新划分网格重新计算，如此反复数次直到满足y+值的要求。

图22 高雷诺数模型和低雷诺数模型各自的边界层网格划分方法示意图

结语：优秀的网格是ANSYS Fluent仿真计算的基础，也是重中之重的事情，希望此文能给大家带来一点启发。

作者：崔亮 高级流体工程师  仿真秀专栏作者
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