基于gambit的网格划分技术浅析

http://www.paper.edu.cn - 1 - 基于 GAMBIT的网格生成技术浅析 梁荣亮，过学迅 武汉理工大学汽车工程学院，武汉（430070） E-mail：lrl0633@ 163.com 摘 要：Gambit 是面向流体仿真计算软件的前处理器，具有建模与强大的网格划分功能， 能够根据不同的物理模型来选择合适的网格，使网格更好地适应曲面边界，文章具体 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了 gambit提供的六种网格划分技术，为后续的流体数值计算提供高质量的划分网格，提高计算 精度。 关键词：Gambit；网格划分；计算精度 中图分类号：TP13 1. 引言 计算流体力学(CFD)的发展，除了依赖于计算机和数值计算方法的发展外，在很大程度 上依赖于网格生成技术的发展。但是随着所需解决问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的逐步复杂，物体的绕流边界变得不 规则, 对网格生成技术的要求也越来越高。常用的传统的统一贴体网格(Unified Body-Fitted Grids)划分技术已不能适应这一不断发展的需求[1]。 由于非结构化网格不受坐标线的限制, 节点和单元的分布可控性好[2]，网格分布非常自由，因此在求解不规则区域的传热和流动问 题时具有较大的优势，是一种很有前途的方法[3]。它较之结构网格有如下优点： (1) 非结构网格具有优越的几何灵活性，可以拟合任意的复杂边界外型； (2) 其随机的数据结构有利于进行网格自适应； (3) 其生成过程不需要求解任何方程[4]。 为了更好地数值模拟粘性绕流的边界层效应，近年来又进一步发展了结构/非结构混合 网格(Hybrid Grids)技术[5, 6]。 Gambit是面向专业CFD软件FLUENT、FIDAP、POLYFLOW、ANSYS等的前处理软件， 具有强大的网格划分功能，可以划分出包含边界层的CFD 特殊要求的高质量的结构化和非 结构混合网格。特别是对于具有复杂边界外型的流场，GAMBIT 会自动选择最合适的网格 划分算法，快速生成高精度的非结构混合网格。 2. Gambit 网格划分方法 GAMBIT允许在网格划分操作中指定任何体，何种网格划分 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 能应用于选择体，则决 定于体的拓扑特性、形状，以及体的面上的顶点的类型。 指定网格划分方案需要设定以下两个参数，如下 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 2-1，表2-2所示。 元素（Elements）：用于定义选择体体网格元素的形状； 类型（Type）：定义网格划分算法，因此也决定了体中所有网格元素的模式。 http://www.paper.edu.cn - 2 - 表2-1 GAMBIT提供以下体网格Elements选项 表2-2 GAMBIT 提供以下体网格划分的Type 选项 选项 描述 Map （规则网格） 创建规则的六面体网格元素的结构网格 Submap （子规则网 格） 将一个无法用Map方法创建网格的体拆分成几个可用Map划分网格 的区域,并在每个区域中创建六面体网格元素的结构网格（即用Map 方法划分每个区域） Tet Primitive 将一个逻辑四面体（four-side volume）划分成四个六面体区域，并 用map方法在每个区域中划分网格 Cooper（库勃） 根据“源”面上定义的网格节点模式扫过整个体而创建网格 Tet/Hybrid 指定网格主要由四面体网格元素组成，但在适当的地方可能包括六 面体、金字塔形和契形网格元素。 Stairstep 创建规则六面体网格和一个对应的有小面的体，体和原来体的形状 大致相似。 每个Elements 选项都有一个或多个特定的Type选项相对应。表2-3表示出了体网格划分 时Elements选项和Type选项之间的对应关系（注意：标记有“√”符号的单元格表示元素和类 型之间有对应关系）。 表2-3 Gambit提供网格元素与网格类型的对应关系 Elements Option Type Option Hex Hex/Wedge Tet/Hybrid Map √ Submap √ Tet Primitive √ Cooper √ √ TGrid √ Stairstep √ 对任何给定的体积，每一套可用的元素与类型间的对应关系都有其特有的网格节点模 式。而且每个对应关系还都对应着一套规则，以控制可应用于体的类型。 选项 描述 Hex （六面体） 指定体网格元素仅包括六面体网格元素 Hex/Wedge六面体/契 形 指定网格主要由六面体网格元素组成，但在适当的地方为契形 网格元素 Tet/Hybrid四面体/混合 指定体网格主要由四面体网格元素组成，但在适当的地方也会 有六面体、金字塔形和契形网格元素 http://www.paper.edu.cn - 3 - 2.1 Map网格划分方案 Map网格划分方案仅能应用于那些可被划分为逻辑立方体网格的体。要表示一个逻辑立 方体，每个体网格必须满足以下普遍要求： （1）网格体上必须有且仅有8个只与三个网格元素的面连接的网格节点（这8个网格节 点组成了该逻辑立方体的8个角点） （2）每个作为角点的网格节点必须通过直的网格边与其它三个作为角点的网格节点连 接，所有的一连串网格边是属于网格节点的一个逻辑行。 对一个体采用Map网格划分方案时，GAMBIT将体划分成由六面体组成的网格阵列，如 图2-1所示。 图 2-1 Map 体网格划分方案—六面体网格元素阵列 2.2 Submap 网格划分方案 为了能用submap方法，几何体必须同时满足以下两个规则： （1）每个面可用map或submap方法进行面网格划分； （2）相对的 submappable 的面，其顶点类型必须是对应一致的。 当你对某个体采用Submap网格划分方案时，GAMBIT会将几何体划分为几个逻辑网格 立方体区域，并对每个区域采用 map 方法进行网格划分。 图2-2（a）和图2-2（b）所示的面网格划分形式可以采用submap进行体网格划分，因为这两 个图中形体的顶面和底面（相对的面）的顶点类型设定和网格划分样式都是一致的。相反， GAMBIT无法对图图2-2（c）所示的顶面和底面网格划分类型采用submap方法进行体网格划 分，因为图示的相对的面的面网格划分模式是不一致的。 http://www.paper.edu.cn - 4 - 图 2-2 Submap 体网格划分方案 2.3 Tet Primitive 网格划分方案 Tet Primitive 体网格划分方案仅能应用于成为逻辑四面体的几何体。要成为一个逻辑四 面体，该几何体必须包括且仅包括四个逻辑面，每个逻辑面（可能包含一个或多个面）都 是一个逻辑三角形。当采用Tet Primitive 方法时，GAMBIT将在四面体的每一个面上创建Tri Primitive 格式的面网格，然后再将该逻辑四面体分为四个六面体区域，并在每一个六面体 区域内创建map 形体网格，如图2-3所示。 图 2-3 Tet Primitive 体网格划分机理 2.4 Cooper网格划分方案 一般来说，Cooper 方法能够应用于体现以下特性之一的体： （1） 至少有一个面即无法用map方法，也无法用submap方法进行面网格划分。 （2） 所有的面都可用map或submap方法，但设置的顶点类型使得几何体无法被分割成 采用map方法划分网格的子几何形体。 可采用Cooper 体网格划分方法的几何体应当满足以下限制条件： （1）所有的non-source 面必须可用map或submap方法划分； （2）需要关联网格映射的源面必须是没有进行过网格划分的； http://www.paper.edu.cn - 5 - （3）源面不能包含双重封闭的环； （4）进行过连接的源面必须保证该连接不会干扰 Cooper 网格划分。 采用Cooper方法对一个体进行网格划分时，GAMBIT会将几何体视为一个或多个逻辑的 圆柱体，每个圆柱体都包括顶面、底面（two end caps）和一个环面（barrel）。如下图2-4 所示。作为圆柱体顶面和底面的两个面被称为source faces（源面），环面则被称为non－ sourcefaces（非源面），Submap体网格划分机理可看成是一个特殊的Cooper 网格划分方 法的类型。如果一个几何体既可以采用Submap方法也可以采用Cooper方法进行体网格划 分，那么一般都会采用Submap方法。 图 2-4 Cooper 网格划分方案－逻辑圆柱体 2.5 TGrid 网格划分方案 对于具有复杂边界结构的流场物理模型进行高质量的网格划分，TGrid 网格划分是最为 行之有效的而且被业内广泛应用的方法。GAMBIT创建的网格元素主要是四面体网格元素， 但也可能包含其它形状的网格元素。 如果在采用TGrid网格划分方法前，在其中一个面上创建了Quad-Map方法的网格（见图 2-5（b）），GAMBIT将在接近该面的区域创建一个金字塔形网格阵列，并在剩余的区域创 建四面体网格元素。 图 2-5 TGrid 网格划分方案 http://www.paper.edu.cn - 6 - TGrid 网格划分并不拘泥于一种单一的划分形式。为了提高计算精度和减少计算时间, 可考虑将以上介绍的网格划分方法混合使用。根据实体模型各部位的特点，以形成综合效果 尽量好的网格。混合网格划分方式要在计算精度、计算时间、建模工作量等方面进行综合考 虑。为了提高计算精度和减少计算时间, 应首先考虑对适合于扫掠和映射网格划分的区域先 划分六面体网格, 这种网格既可以是线性的、也可以是二次的, 如果无合适的区域, 应尽量 通过切分等多种布尔运算手段来创建合适的区域, 尤其是对所关心的区域或部位。对实在无 法再切分而必须用四面体自由网格划分的区域, 采用带中节点的六面体单元进行自由分网, 自动退化成适合于自由划分形式的单元, 此时, 在该区域与已进行扫掠或映射网格划分的区 域的交界面上, 会自动形成金字塔过渡单元。 2.6 阶梯型网格划分方案 阶梯型Stairstep网格划分方案会创建一个有小面的体，并对其进行网格划分。该体的形 状和待划分网格的几何体的形状大致相同。GAMBIT并不对原先的体进行网格划分，同时创 建的有小面的体也不和任何存在的体连接，包括那些原始体被连接的几何体。 考虑如图2-6（a） 所示的几何体（volume.1），该几何体是一个椭圆形柱体，椭圆长轴 为5个单位、短轴3个单位、圆柱体高10个单位。 图2-6(a) Stairstep网格划分方案-椭圆形柱体 图2-6(b) Stairstep网格划分方案-创建的有小面的体 采用Stairstep方法对图2-6（a）中所示的椭圆形柱体进行网格划分，（overall intervalsize） 平均网格大小为1，GAMBIT 将创建如图2-6（b） 所示的有小面的体，并对其进行网格划 分(f_volume.2)。并且该体的形状与原来的椭圆形柱体的形状大致是相同的，所有的网格元 素都是大小为1的正方六面体。 3. 总结 GAMBIT作为CFD分析中最好的前置处理器，具有强大的网格划分能力，可以划分包括 边界层等CFD特殊要求的高质量网格。GAMBIT高度智能化地选择网格划分方法可以保证在 复杂的几何区域内直接划分出高质量的四面体、六面体网格或混合网格；可对极其复杂的几 何区域划分出与相邻区域网格连续的完全非结构化的混合网格；根据不同的物理模型来选择 合适的网格，使网格更好地适应曲面边界，以提高计算精度。 http://www.paper.edu.cn - 7 - 参考文献 [1] 张来平,呙 超,张涵信等.任意平面域的三角形网格和混合网格生成[J].空气动力学学报,1999,(03):1-2 [2]刘晶 , 张敏 ,John C. Chai. 商用软件 GAMBIT 网格数据解析和应用文题 . 中国科技 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 在线 (http://www.paper.edu.cn),2007,4 [3] 陈 斌,郭烈锦.非结构化网格快速成型技术[J].西安交通大学学报,2001,(01):1-2 [4] 刘 星,卞恩荣,朱金福.非结构网格生成技术[J].南京航空航天大学学报,1999,(12):1 [5] 韩占忠,王 敬,兰小平.《FLUENT 流体工程仿真计算实例与应用》[M],北京:北京理工大学出版社,2004 [6] 张杰山,过学迅,许 涛等.液力变矩器流道网格生成及内流场数值分析[J].武汉理工大学学报,2007,( 07):2 The Superficial analysis of the Grid Generation Technique based on Gambit Liang Rongliang，Guo Xuexun Automobile Engineering Department，Wuhan University of Technology，Wuhan (430070) Abstract Being the pre-processor for CFD software, Gambit has powerful modeling and meshing functions, it can choose suitable grid form to adapt to the boundary surfaces precisely according to different physical models. This article analyses six methods of meshing grid for the following CFD in order to improve computational accuracy. Keywords：Gambit；Meshing grid；Computational accuracy 作者简介：梁荣亮，男，1983 年生，硕士研究生，主要研究方向是车辆液力传动系统。