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這是CFD界最后第8篇文章 在進行CFD模擬之前，首先要生成網格，不管是用ANSYS ICEM還是Pointwise。每個人都有自己生成網格的方法。每個人都覺得自己生成的網格最流弊。 既然人人都是網格藝術大師。本文就針對翼型，討論一些經典的六面體網格劃分策略。 H切分 H切分 經典的六面體網格block切分策略之一為H切分。H切分特別適合于前緣及后緣為尖角的翼型，但會導致翼型的前部和尾部產生特別致密的網格。對于前緣為曲邊的翼型，H切分會導致產生奇異點。 其可以通過在前緣垂直的方向繼續(xù)切分而緩解，但是致密的網格同樣會在平行的方向向前伸展，導致非常高縱橫比的網格。這些高縱橫比的網格會使得CFD計算中的時間步長非常小進而影響計算效率。 前緣高縱橫比網格 C切分 H切分的提高版本為C切分，C切分可以捕獲前緣的曲率并且不產生任何奇異點。但是C切分在機翼的后緣依然會產生縱橫比較高的網格。不過，或許機翼后緣致密的網格也有利于捕獲尾流的形態(tài)。 C切分 O切分 O切分摒棄了H切分以及C切分的缺點，O切分不會產生高縱橫比的網格，使用O切分生成的網格看起來非常漂亮。但是對于某些后緣趨向于0厚度的翼型，O切分同樣具有缺點，其會產生非常高skewness的網格。 對于傳統(tǒng)的非結構網格，通常要對壁面生成邊界層，這些邊界層同樣需要借助于O切分，在所難免的在壁面同樣會發(fā)生高縱橫比網格以及奇異點。 過高的skewness會影響CFD求解器的穩(wěn)健性并且導致求解精度變差，在這種情況下，導致有一部分人寧可忍受極為致密的C切分網格。 天下無好網格？ 那么你可能會問，對于翼型到底需要什么樣的網格？在回答這個問題之前，我們首先看看機翼的普適性網格要求以及物理特征。 對于一個機翼來說，如果進行RANS模擬，通常翼身需要布置300-400個網格點。對于有限厚度的后緣，需要約20-30個網格點，點的布置需要在百分之0.1個弦長左右。 在壁面邊界層附近，至少需要20-40層邊界層網格，且網格盡可能是正交的。第一層邊界層網格的高度盡可能滿足y+為1左右。網格伸展比建議小于1.2。邊界層的網格正交性越好，CFD的結果越好。 同時，如果使用非結構笛卡爾網格的時候，需要注意不同block之間的跳躍層級，盡可能的每一次的越級在2。 翼型外圍的網格要盡可能的伸展的足夠遠，以確保邊界條件不會影響到內部流域。對于但機翼的模擬，計算域起碼要是弦長的30倍。NASA官網建議采用500倍弦長。 對于500倍弦長的模擬，可以近似理解為你要模擬你自己身體的外流場，然而你需要生成半個足球場的網格。 網格終結者 自適應網格是唯一的答案？網格自適應可以在需要細化的區(qū)域進行自動細化來捕獲尖銳梯度的流動。但是網格自適應對CFD求解器的穩(wěn)健性要求較高。 或許可以依靠經驗較為豐富的CFD工作者自動的在需要細化的區(qū)域進行網格細化生成。但這往往過度依靠于直接和經驗。 不過在采用多block網格生成的時候，前文討論的C切分以及O切分的缺點都可以被防止。例如對于下圖中的網格，由于激波位置可以很好的被提前預知。因此在激波位置處布置了多個block來進行捕獲。 多block網格布置 對于外圍區(qū)域同樣可以布置多個block 多block布置的思想，導致了最終的“nesting”網格劃分策略。對于nesting網格劃分，不近具有前文不同切分思想的優(yōu)點，還可以做到和非結構網格一樣疏密有致錯落均勻。 nesting網格劃分策略 在過去，如果CFD預測的流場可以和實際的流場相匹配，那么我們認為CFD的使命完成了。但是在現(xiàn)在以及未來，CFD將作為實驗前期的輔助工作來進行設計，大大減少實驗數(shù)量以及資金成本。 使用CFD進行預測精準性的根本點之一在于網格，不同的網格生成技術，直接關系到CFD求解的精準度甚至收斂性。目前的計算機發(fā)展速度已經使得RANS模擬步進到LES甚至DNS模擬。 對于高精度CFD計算，低縱橫比、高度正交的六面體網格是必然的?；蛟Snesting網格切分策略會在未來的網格劃分大戰(zhàn)中奪得網格金馬獎？ Let's wait and see 拓展閱讀: |
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