在 CFD 的發(fā)展歷史中，結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格出現(xiàn)最早，至今仍在使用。結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格有幾個主要優(yōu)點，如精度高、生成速度快、單元分布均勻。有些工具擅長繪制這類網(wǎng)格，例如Cadence Fidelity Automesh（曾用名 Autogrid），非常適合帶有幾何形狀葉片的渦輪機械應(yīng)用。

01

結(jié)構(gòu)化or非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格選擇，兩難境地？

隨著幾何形狀的復(fù)雜性不斷增加（現(xiàn)在通常有超過 10k 個曲面），對另一種網(wǎng)格的需求應(yīng)運而生，也就是具有非結(jié)構(gòu)化特性的網(wǎng)格。某些幾何圖形的問題在于它們在定義方面不夠準(zhǔn)確（即所謂的“不整潔”），而且它們不表現(xiàn)出任何可以應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格拓撲的特定趨勢。CFD 用戶必須花費大量時間來定義這些新的拓撲結(jié)構(gòu)，還要在開始繪制網(wǎng)格之前“清理”幾何體。換句話說，一旦幾何體超出了結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的經(jīng)典應(yīng)用范圍，問題就來了：應(yīng)當(dāng)在什么時候堅持創(chuàng)建結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，或是簡單地切換到非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格？

如果只考慮需要捕捉的物理現(xiàn)象和所需的精確水平，這個問題就很容易回答。然而，還有另外一個因素需要考慮：流動求解器必須能夠讀取使用的網(wǎng)格類型，而由于大多數(shù)流動求解器只接受結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的一種，這就會讓人陷入兩難的境地。

02

解決方案：面對不同幾何體，怎樣自由切換？

正是在這種看似無解的情況下，Cadence 在 CFD 工具中提供了一種創(chuàng)新的解決方案。用戶只需單擊一下，就可以自由切換不同的網(wǎng)格劃分方法，不僅可以在同一項目中，還可以在同一視圖中查看幾何體的所有部分，無論首選的是哪種網(wǎng)格劃分技術(shù)。

對于葉片類幾何體，用戶可以選擇結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法，而對于非旋轉(zhuǎn)部件，如燃燒室、渦輪等，用戶可以選擇非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法，這兩種方法都可在 Automesh 中使用（非結(jié)構(gòu)化模塊以前被稱為 Hexpress）。下面我們以一臺完整的渦輪機械為例。每個部分都可以單獨完成，網(wǎng)格生成本身也是并行完成的。這樣一來，同時運行各個部分僅僅需要 19 分鐘。

因此，越來越多的用戶根據(jù)具體的幾何組件來選擇最佳方法。這方面的例子有很多，如葉輪及其渦殼、船舶及其螺旋槳等。

03

在一個幾何體的不同位置使用兩種網(wǎng)格劃分方法

讓我們再進一步：既然 Cadence 在 Automesh 中提供了兩種網(wǎng)格劃分方法，那么在一個幾何體的不同位置同時使用這兩種方法會怎樣？我們之前說過，葉片最好使用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格模塊創(chuàng)建（該模塊還支持許多特殊配置，如冷卻孔、非對稱端壁、外殼處理等）。但對于結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成器來說，幾何體的某些部分仍然很難處理。因此，有一種技術(shù)是從結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格中移除幾個網(wǎng)格塊（避開難以處理的部分），然后重新插入一個非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格塊，其中包括復(fù)雜的尖端幾何形狀（如下圖所示）。也就是說，網(wǎng)格的大部分采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，而最復(fù)雜的部分則采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。

但并非只有這一種辦法。Cadence 還提出了使用初始結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的想法。對于“體到面”的方法，非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格通常是基于一個初始的直角坐標(biāo)或圓柱形網(wǎng)格，然后進一步細化。而實際上，細化可以從任何類型的單元對齊開始：任何形狀上的直線或曲線，并且支持不同的單元分布。

有些應(yīng)用非常適合這種方法：水翼仿真就是一個很好的例子。該網(wǎng)格由船舶仿真背景域上的重疊網(wǎng)格組成。重疊網(wǎng)格遵循水翼的幾何曲線，寬度以弦長為基礎(chǔ)，長度以跨距為基礎(chǔ)。仿真結(jié)果的表現(xiàn)如下：

全局網(wǎng)格質(zhì)量極佳（因此網(wǎng)格生成速度更快）

粘性層高度符合理論預(yù)期

對于求解器插值來說，overset 邊界的單元質(zhì)量達到最佳

這正是因為 Cadence Fidelity Flow 求解器的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以同時理解兩種網(wǎng)格劃分技術(shù)。其好處立竿見影：用戶不再需要從結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格轉(zhuǎn)換到非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，可以從網(wǎng)格直接切換到求解器，而且流動求解器可以使用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的最佳組合。