SnappyHexMesh(之四)面貼合參數


轉載:知乎大神 中國空氣動力研究與發展中心 力學博士 劉雲楚 的文章

5.3.2面貼合參數

面貼合參數在snapControls中設置,主要目的是將體網格節點移動到幾何表面上,貼合體網格中鋸齒狀表面(如下圖面貼合效果展示)。參數功能包含:控制體網格貼合到幾何面上的迭代次數nSolveIter、捕捉面特征距離tolerance等,詳細參數解析見下文。面貼合執行步驟如下圖所示:

 從以上網格表面貼合步驟可以看出,軟件優先保證網格達到最低質量標准,其次才考慮網格的貼體性。

命令輸入示例如下:

snapControls { nSmoothPatch 5; nSmoothInternal 5; tolerance 2.0; nSolveIter 30; nRelaxIter 5; nFeatureSnapIter 10; implicitFeatureSnap false; explicitFeatureSnap true; multiRegionFeatureSnap false; … }

捕捉點最大相對距離tolerance

該參數指定貼合算法中捕捉與特征面相關網格節點的最大相對距離,實際捕捉距離為tolerance參數值乘以相鄰體網格尺寸。參數值必須大於或等於1,如果值太低,則可能無法使偏差較大的網格節點移動到幾何表面上。較高的值有助於增加幾何的捕捉范圍,但如果參數值設置過高,則有可能捕捉到與表面無關的網格節點。建議值為2-5之間。

相同加密等級下,不同捕捉距離生成網格效果如下所示:

 

 

 

網格貼合最大迭代次數nSolveIter

該參數指定了網格貼合算法的最大迭代次數。較高的值會提高網格的質量,網格一致性更好,但網格划分時間會更長。簡單模型可以將該參數值設置為100,若貼合后網格質量不太理想,可嘗試將該參數值增加到300。

面平滑迭代次數nSmoothPatch

該參數指定了表面上網格貼合的平滑迭代次數。增加迭代次數可以使曲面上網格平滑、貼合性更好,且能降低曲面上網格的歪斜率(如下圖所示),但可能導致曲率突變特征(如直角等)弱化。

參數值設置為0,表示保留初始網格外形。建議值為5。

體網格平滑迭代次數nSmoothInternal

在snappyHexMesh網格細化過程中,snappyHexMesh采用八叉樹法細化網格。在不同細化等級網格間,軟件采用多面體網格過渡。初始的多面體網格將產生30度以上的非正交性。通過使用內部網格平滑處理的迭代,以減小細化過渡區域多面體網格的非正交性(如下圖中紅框標識部分)。

在執行網格平滑迭代時,邊界面網格平滑迭代nSmoothPatch將與內部體網格平滑迭代nSmoothInternal聯合使用。平滑迭代順序為優先執行一次面平滑迭代(nSmoothPatch),再執行一次體網格平滑迭代(nSmoothInterna),以此循環。若用戶設置nSmoothInternal參數值大於nSmoothPatch值時,平滑迭代次數統一采用nSmoothPatch參數值。默認值為零,表示禁用體網格平滑迭代。使用此功能時,建議參數值與面平滑迭代(nSmoothPatch)參數值一致。

貼合松弛迭代次數nRelaxIter

該參數指定貼合過程中松弛迭代次數,用以消除質量較差的單元或網格節點。如果迭代完成后網格仍存在質量較差單元,則用戶可以嘗試增加此迭代次數,較高的值將確保更好的網格質量,但會花費更多計算時間。建議值為5-8之間。

特征捕捉方法

在表面貼合步驟中,需保證網格節點捕捉到幾何特征。通常表面貼合過程中,點只需沿垂直於表面的方向捕捉特征。但在邊緣的位置捕捉方式更復雜,需要更多的迭代次數。SnappyHexMesh提供了兩種特征捕捉方法,顯示(explicitFeatureSnap)與隱式(implicitFeatureSnap)特征捕捉。用戶通過輸入true或者false值,來開啟或者關閉此功能。

其中顯示特征捕捉方法需要用戶自定義特征邊文件(.eMesh),並且指定特征邊的細化等級(通過castellatedMeshControls子字典中features參數指定)。軟件根據用戶設置的參數對特征邊進行細化,以提升用戶關注幾何特征邊的捕捉成功率。

隱式方法不需要用戶提取幾何特征邊,其特征識別自動化程度優於顯示特征捕捉方法。它使用全局細化參數中resolveFeatureAngle參數識別曲面幾何特征(例如:面的相交線、曲率變化較大的曲面特征)。但在尖角特征或者擋板界面處,顯示方法捕捉特征效果優於隱式方法。

現通過以下案例來展示兩種捕捉方式的區別,將方盒模型頂面改為帶較高曲率變化的曲面(如下圖幾何模型展示),其用戶自定義幾何特征線(.eMesh文件)如下圖所示。

特征邊捕捉迭代次數nFeatureSnapIter

該參數指定了特征捕捉迭代次數,以將網格點捕捉到表面邊緣。如果在nFeatureSnaplter迭代后局部特征區域網格沒有達到足夠的質量標准,則取消該區域特征邊捕捉並恢復到之前狀態。未指定該參數,特征捕捉功能將被禁用。建議參數值為10。

面拆分迭代nFaceSplitInterval

當系統執行完特征邊捕捉迭代步驟后,若網格邊緣與特征邊未完全對齊,則有可能在特征邊處網格產生凹面。從而導致在添加邊界層時,其投影體網格的非正交性增大。如果體網格不滿足質量要求,則取消該處邊界層生成。用戶可以嘗試使用nFaceSplitInterval參數優化對齊特征邊處網格。需注意該迭代為間隔若想進一步提高邊界層覆蓋率,可在addLayerControls字典中配合使用layerTerminationAngle和detectExtrusionIsland參數。

nFaceSplitInterval參數默認值為-1(禁用),使用建議參數值設置為特征邊捕捉迭代(nFeatureSnaplter)次數的一半。

多域特征捕捉multiRegionFeatureSnap

該參數用於捕捉多域網格間的特征面,這對於具有多個區域(例如流體區域和固體區域)的網格進行共軛傳熱模擬或類似操作很重要。該參數生效的前置條件為采用顯示特征捕捉方法explicitFeatureSnap。使用該參數時,它會加強特征面兩邊網格貼合,即內部區域和外部區域,這可能會導致特征面處網格歪斜率上升。用戶通過輸入參數值true或者false,來開啟或者關閉此功能。


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