为何很多文章用有限体积法但是不用非结构网格?



  • 本人做实验的,以前做过一点儿cfd并行计算,发现现在做cfd的喜欢用icemcfd画的结构网格,一画一下午,对于结构复杂的体系耗时太多~但其实用的code又是有限体积法~~感觉特别奇怪~问他们又说不出个所以然来~~只说精度高,质量好~

    不知有没有文献对此做过在有限体积法下用两种网格的对比,因为现在无结构网格也能画得很不错了,不像过去纯粹四面体填满空间,如果用某些软件还可以玩自动加密~我想知道这帮人用fvm搭配看着像结构网格的非结构网格的原因到底是什么呢?有时候觉得是逼格问题?



  • 没想到图越来越多。手机看的注意了。我这个图多。

    结构网格的拥护者简单说一下为什么我喜欢结构网格。以下只针对简单几何以及不是太复杂的几何。复杂到不行的网格我选择混合网格。我自己做的算例不用纯四面体网格。

    六面体网格具有以下优点:

    1. 非矩形网格的歪斜(skewness)严重
      这需要做面法相梯度计算修正。稍微增加计算步骤。著名的CFD非矩形修正因此而来

    2. 截面重构不光顺
      举例,一个正方盒子,一半是水,我们用矩形网格重构的气液截面是这样的:
      alt text
      黄色为一相,白色为一相。即使网格很糙,我们的截面也是平的。下图为三角形非结构网格:
      alt text
      可见糙网格下界面不平。这导致后处理需要耗费精力。

    3. 高度非线性物理问题影响矩阵对角占优
      这也是非线性动力学,例如金属撞击、生物力学分析中结构网格肆虐的原因。(这个我没有测试,之前在网上看到的结论,来自链接文本

    4. 非结构网格数量更多增加计算资源
      网格单元的面越多网格越少。六面体网格并不是数量最少的。数量最少的是多面体网格(star推荐的?)如下图
      alt text
      再看这个情况对比:只有第一个是结构网格,第二个网格多。第三个第四个和均为非正交且和流线不贴合
      alt text
      alt text
      因此目前自动生成的非结构网格一般数量是即为巨大的。计算的时间会超过你花一星期做结构网格的时间。另外,万一中途发散了怎么办。

    5. 费结构网格高度不可控
      几何稍微一点点的变化会导致全场四面体网格做位移。结构网格(ICEMblock切出来的)具有即为即为高度可控性。可以对基本所有的网格单元进行控制。俩者区别天差地别。

    6. 我了解的所有的离散格式对结构网格适应性更强
      也就是说结构网格对流场具有强的多的顺应性。例如旋转机械,结构网格和速度流线高度贴合。

    7. 矩形网格对边界更好的捕获
      为何非结构网格要添加边界层网格?矩形网格对壁面贴合更好。

    8. 复杂CFD模型在结构网格上收敛更强
      个人经验。比如双流体模型,LTS局部时间步框架下的模型,激波捕获等。当然那种不可压缩单相流不算

    太多就不写了...

    n. 引用从业CFD27年OpenFOAM创始人Henry的一段话:

    *hex and polyhedral cells are generally superior to tet cells in finite-volume and the difference in both accuracy and convergence behaviour can be large. However, it also depends on the quality of the hex and tet cells and many of the problems with tet meshes stem from the poor quality of some tets produced by many automatic tet mesh generators. In order to really appreciate the difference it might be a good idea for you to try both for your problems. For VOF calculations I would expect the solution on hex/poly cell meshes to be dramatically better. *

    大意为:

    在有限体积中,六面体和多面体网格相对于四面体网格优势明显。主要在精度和收敛上。对于VOF(我上文提及的第2点),结构网格的优势是大大的。

    最后,需要耗费大量时间生成的六面体网格至今没有消失,必然有存在的道理。


Log in to reply