壁面边界处理方法：贴体网格 VS 浸入边界法

在处理复杂的几何结构问题时，小伙伴们面对网格划分的心情可否和我一样苦不堪言？

今天分享两种处理壁面边界的方法：贴体网格和浸入边界法。

贴体网格就是紧挨着壁面画出流体区域的网格，一般画几层六面体结构网格。由于靠近壁面区域的流场梯度较大，所以这些网格厚度要画的适当小些。这种方法处理的时候，计算精度较高；但是网格处理相对麻烦。

采用浸入边界法进行网格划分时，不对流固边界附近的网格做特殊处理，而是用六面体网格进行划分。当然对于局部流场梯度较大的区域（例如流固边界处），也可进行局部的网格加密处理。这种方法下网格处理及其简单，而且计算精度也能得到一定的保障。

浸入边界法最早由Peskin提出, 用于模拟血液在可收缩心脏瓣膜中的运动。

浸入边界法通过分布力源项到N-S方程中来处理复杂边界, 求解过程可以直接在笛卡尔网格上进行。因此, 网格生成简单，无需生成贴体网格和处理网格运动与重生。与传统的贴体网格算法相比, 采用浸入边界法处理复杂边界更加简单, 并且具有较高的计算效率，近年来受到了广泛关注。

下面采用上述两种方法对Munk M3型机翼前缘的流场进行计算，并对结果进行对比。

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网格划分      

 

图1 MunkM3机翼前缘：贴体非结构网格

 

图2 MunkM3机翼前缘：浸入边界法结构网格

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结果对比    

 

图3 贴体网格下的压力云图

 

图4 浸入边界法处理下的压力云图

 

图5 贴体网格下的速度云图

 

图6 浸入边界法处理下的速度云图

贴体网格 VS 浸入边界法，你会更喜欢哪一款呢？

关于浸入边界法提供的结构化网格，foam-extend-foam-extend-4.0已提供该功能，大家赶快试试吧。

【参考文献】

[1] Hrvoje Jasak, Damir Rigler, Željko Tuković.Validation of Immersed Boundary Method in OpenFOAM.

[2] Hrvoje Jasak, Damir Rigler,  Željko Tuković. DESIGN AND IMPLEMENTATION OF IMMERSED BOUNDARY METHOD WITH DISCRETE FORCING APPROACH FOR BOUNDARY CONDITIONS