Fluent的若干網(wǎng)格方法

1、Fluent的若干種網(wǎng)格方法貼體坐標(biāo)法： 貼體坐標(biāo)是利用曲線坐標(biāo)，并使其坐標(biāo)線與燃燒室外形或復(fù)雜計(jì)算區(qū)域邊界重合，這樣所有邊界點(diǎn)能夠用網(wǎng)格點(diǎn)來表示，不需要任何插值。一旦貼體坐標(biāo)生成通過變換，偏微分方程求解可以不在任意形狀的物理平面上，而在矩形或矩形的組合（空間問題求解域?yàn)殚L方體或它們的組合）轉(zhuǎn)換平面上進(jìn)行。這樣計(jì)算與燃燒室外形無關(guān)，也與在物理平面上網(wǎng)格間隔無關(guān)。 而是把邊界條件復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)換成一個(gè)邊界條件簡單的問題；這樣不僅可避免因燃燒室外形與坐標(biāo)網(wǎng)格線不一致帶來計(jì)算誤差，而且還可節(jié)省計(jì)算時(shí)間和內(nèi)存，使流場計(jì)算較準(zhǔn)確，同時(shí)方便求解，較好地解決了復(fù)雜形狀流動區(qū)域的計(jì)算，在工程上比較廣泛應(yīng)用。區(qū)域

2、法： 雖然貼體坐標(biāo)系可以使坐標(biāo)線與燃燒室外形相重合，從而解決復(fù)雜流動區(qū)域計(jì)算問題。但有時(shí)實(shí)際流場是一個(gè)復(fù)雜的多通道區(qū)域，很難用一種網(wǎng)格來模擬，生成單域貼體網(wǎng)格，即使生成了也不能保證網(wǎng)格質(zhì)量，影響流場數(shù)值求解的效果。因此，目前常采用區(qū)域法或分區(qū)網(wǎng)格，其基本思想是，根據(jù)外形特點(diǎn)把復(fù)雜的物理域或復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)格，分成若干個(gè)區(qū)域，分別對每個(gè)子區(qū)域生成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單的網(wǎng)格。由這些子區(qū)域組合而成的網(wǎng)格，或結(jié)構(gòu)塊網(wǎng)格。對區(qū)域進(jìn)行分區(qū)時(shí)，若相鄰兩個(gè)子域分離邊界是協(xié)調(diào)對接，稱為對接網(wǎng)格；若相鄰兩子域有相互重疊部分，則此分區(qū)網(wǎng)格稱為重疊網(wǎng)格。根據(jù)實(shí)際數(shù)值模擬計(jì)算的需要，把整個(gè)區(qū)域（燃燒室）分成幾個(gè)不同的子區(qū)域，并

3、分別生成網(wǎng)格。這樣不僅可提高計(jì)算精度，而且還可節(jié)省計(jì)算機(jī)內(nèi)存，提高收斂精度。但是計(jì)算時(shí)，必須考慮各區(qū)域連接邊界處耦合以及變量信息及時(shí)、準(zhǔn)確地傳遞問題。處理各個(gè)區(qū)域連接有多種方法，其中一個(gè)辦法是在求解各變量時(shí)各區(qū)域可以單獨(dú)求解若干次而對壓力校正方程設(shè)壓力校正值在最初迭代時(shí)為零，為了保證流量連續(xù)各個(gè)區(qū)域應(yīng)同時(shí)求解，然后對各個(gè)速度和壓力進(jìn)行校正?；蛘卟捎迷趦蓚€(gè)區(qū)域交界處有一個(gè)重疊區(qū)，兩個(gè)區(qū)域都對重疊區(qū)進(jìn)行計(jì)算，重疊區(qū)一邊區(qū)域內(nèi)的值，要供重疊區(qū)另一邊區(qū)域求解時(shí)用?；蛲ㄟ^在重疊內(nèi)建立兩個(gè)區(qū)域坐標(biāo)對應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在重疊區(qū)內(nèi)及時(shí)傳遞。如果兩個(gè)區(qū)采用網(wǎng)格疏密分布不相同，要求重疊區(qū)二邊流量相等。區(qū)域法能合理解

4、決網(wǎng)格生成問題，已被大量用來計(jì)算復(fù)雜形狀區(qū)域流動。區(qū)域分解法： 對于復(fù)雜幾何形狀的實(shí)際燃燒裝置，為了保證數(shù)值求解流場質(zhì)量，目前常采用區(qū)域分解法。該法基本要點(diǎn)是：根據(jù)燃燒室形狀特點(diǎn)和流場計(jì)算需要，把計(jì)算區(qū)域分成一個(gè)主區(qū)域和若干個(gè)子區(qū)域，對各個(gè)區(qū)域（塊）分別建立網(wǎng)格，并對各個(gè)區(qū)域分別進(jìn)行數(shù)值求解。區(qū)域分解原則是盡量使每個(gè)子區(qū)域邊界簡便以便于網(wǎng)格建立，各個(gè)子區(qū)域大小也盡可能相同，使計(jì)算負(fù)載平衡有利于平行計(jì)算。各區(qū)域的網(wǎng)格間距數(shù)學(xué)模型以及計(jì)算方法都可以不同，通常在變量變化梯度大的區(qū)域，可以布置較細(xì)網(wǎng)格，并采用高階紊流模型和描述復(fù)雜反應(yīng)的紊流燃燒模型，以便更合理模擬實(shí)際流場。對于變量變化不太大區(qū)域，可采

5、用較疏的網(wǎng)格和較簡單的數(shù)學(xué)模型，這樣可節(jié)省計(jì)算時(shí)間。各子區(qū)域的解在相鄰子區(qū)域邊界處通過耦合條件來實(shí)現(xiàn)光滑，相鄰子區(qū)域連接重疊網(wǎng)格或?qū)泳W(wǎng)格來實(shí)現(xiàn)，在各子區(qū)域交界處通過插值法提供各子域求解變量的信息傳遞，滿足各子域流場計(jì)算要求通量和動量守恒條件以便實(shí)現(xiàn)在交界面處各子域流場解的匹配和耦合，從而取得全流場解。非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格法： 上述各方法所生成的網(wǎng)格均屬于結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，其共同特點(diǎn)是網(wǎng)格中各節(jié)點(diǎn)排列有序，每個(gè)節(jié)點(diǎn)與鄰點(diǎn)之間關(guān)系是固定的，在計(jì)算區(qū)域內(nèi)網(wǎng)格線和平面保持連續(xù)。特別是其中分區(qū)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成方法已積累了較多經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算技術(shù)也較成熟，目前被廣泛用來構(gòu)造復(fù)雜外形區(qū)域內(nèi)網(wǎng)格。但是，若復(fù)雜外形稍有改變，則將需要重

6、新劃分區(qū)域和構(gòu)造網(wǎng)格，耗費(fèi)較多人力和時(shí)間。為此，近年來又發(fā)展了另一類網(wǎng)格非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。此類網(wǎng)格的基本特點(diǎn)是：任何空間區(qū)域都被以四面體為單元的網(wǎng)格所劃分，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)不受結(jié)構(gòu)性質(zhì)限制，能較好地處理邊界，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的鄰點(diǎn)個(gè)數(shù)也可不固定，因此易于控制網(wǎng)格單元的大小、形狀及網(wǎng)格的位置。與結(jié)構(gòu)網(wǎng)格相比，此類網(wǎng)格具有更大靈活性和對復(fù)雜外形適應(yīng)性。在20世紀(jì)80年代末和90年代初，非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格得到了迅速發(fā)展。生成非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格方法主要有三角化方法和推進(jìn)陣面法兩種。雖然非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格容易適合復(fù)雜外形，但與結(jié)構(gòu)網(wǎng)格相比還存在一些缺點(diǎn)：（1）需要較大內(nèi)存記憶單元節(jié)點(diǎn)之間關(guān)聯(lián)信息；（2）需要更多CPU時(shí)間，這不僅是因?yàn)榫W(wǎng)格結(jié)構(gòu)不規(guī)則

7、而增加尋址時(shí)間，而且因網(wǎng)格不具備方向性，導(dǎo)致計(jì)算工作量增大；（3）結(jié)構(gòu)網(wǎng)格中成熟流場計(jì)算方法不能簡單地用于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，離散時(shí)所形成代數(shù)方程求解過程收斂性差。多重網(wǎng)格法： 多重網(wǎng)格法是一種具有快速收斂特點(diǎn)的計(jì)算技術(shù)。該法在求解偏微分方程時(shí)用一系列逐步加密或減疏的網(wǎng)格去離散求解區(qū)域，不同粗細(xì)網(wǎng)格可以消除不同波長的誤差，從而加快收斂。該法的基本思想是在粗細(xì)不同的網(wǎng)格上用迭代法求解差分方程，在每層網(wǎng)格上求出的解包括兩部分：一是上一層的解在該層網(wǎng)格上的插值，另一是該層網(wǎng)格消除的誤差。將該層所消的誤差（上一層未能消除）插值到上一層網(wǎng)格上，作為對上一層原有解的修正，從而得出差分方程在該層上的解。 多重網(wǎng)格法可把現(xiàn)有計(jì)算程序的計(jì)算速度提高l2個(gè)數(shù)量級，因此近年來得到迅