Fidelity Pointwise：通过自动网格划分简化 CFD 工程师的工作

网格生成是用户的专业知识和独创性可以通过选择网格类型、拓扑和单元质量来影响计算流体动力学 (CFD) 解决方案的收敛性和准确性的地方。但随着自动化网格生成的急速发展，控制权是否会从用户手中夺走，或者宝贵的工程技能是否会丢失？

网格划分可以自动化的程度

根据牛津词典，自动的定义是“拥有无需人工操作即可工作的控件”，这与 NASA 的 CFD Vision 2030 研究同步，作者在其中指出“最终网格生成过程应该是CFD 用户不可见。”

然而，将“自动”的字面定义应用于技术是不推荐也不可行的。自动方法经常受到不可避免的死胡同的困扰，其中 90% 的网格是自动生成的。尽管如此，最后 10% 几乎不可能完成，或者需要数天或数周的时间。

创建自动网格生成器是一项更容易处理的任务，尤其是当自动化与手动技术相结合时，手动技术在自动化误入歧途时充当备份。让我们 从 CAD 模型导入开始，探讨自动化是如何在 Fidelity Pointwise 中实现的。

自动化实体模型装配

几何体的导入和准备是网格生成的祸根。导入和几何清理期间的主要问题是相邻曲面之间的间隙和重叠。这些间隙和重叠导致网格生成器将每个表面视为一个孤立的、不相交的部分，而不是整个几何体的一部分（图 1）。当您对草率的 CAD 进行网格划分时，无法保证组件网格会跨曲面边界匹配。

图 1. 该运载火箭是从 IGES 文件导入的。颜色代表彼此没有关系的单个表面（左）；整个运载火箭的几何形状在导入到单个拓扑实体模型（右）的过程中已自动组装。

幸运的是，在 CAD 文件导入过程中，Fidelity Pointwise 会自动将 CAD 文件（例如 STEP、SolidWorks）中的曲面组装成拓扑实体（图 1）。生成的实体模型既没有间隙也没有重叠。

对实体模型进行网格化的意义在于，当您对模型进行网格化时，所有组件网格（每个 CAD 表面一个）将无缝结合在一起，同时尊重几何意图，使表面网格立即适合体积网格化。

另一方面，当实体模型装配在导入过程中无法完全或根本无法运行时，Pointwise 使用户能够手动执行装配操作，并完全控制公差和要装配的曲面。

自动表面网格化

表面网格划分通常是一项挑战。确保点被正确地投影到复杂的 CAD 几何图形和处理 CAD 表面工件（如条子或重叠）通常迫使人们求助于手动技术。

只需单击一下，Fidelity Pointwise 就可以对所有 CAD 表面进行网格划分并完全连接它们。它还提供了另一种自动化工具，用于从 CAD 或工程几何中恢复。 在使用单个角度公差的自动装配过程中，实体模型可以细分为称为面组的拓扑实体 。如图2所示，被子代表运载火箭的机身、尾翼、上下机翼和翼尖。该工程几何结构更好地反映了 CFD 模拟的目标。

图 2. CAD 模型中的表面已组装成面组，将在其上应用单个网格的区域（左）；工程几何的自动表面网格划分，自动从 CAD 文件中恢复为面组（右）。

Fidelity Pointwise 提供全套模型和面组装配工具，可根据您的要求调整工程拓扑，并提供更强大的网格划分属性套件。这些都可以根据您的判断手动应用。

自动体积网格划分

Fidelity Pointwise 的结构化和非结构化网格划分技术在创建网格时自动应用（使用用户指定的默认参数），并在编辑网格拓扑时自动调整。此外，In Pointwise 中的 Rules 命令主动监控网格质量。用户可以灵活地创建规则来限制任何受支持的网格指标。要更详细地查看网格质量，可以随时将 Pointwise 中的全套网格诊断和可视化工具应用于任何网格。

图 3. 此 T-Rex 网格生成近壁六边形层以实现边界层分辨率并过渡到远场中的各向同性四面体网格。

上述结构化和非结构化网格划分技术与体网格拓扑密切相关。但是混合网格，例如由 Pointwise 的各向异性四面体挤压 (T-Rex) 生成的网格，对体积网格拓扑的依赖性较低，因此可以更自动地生成。T -Rex 技术会自动说明以下内容：

• 根据用户指定的指标，挤出细胞的质量。

• 与其他挤压层的碰撞。

• 过渡到各向同性远场网格。

• 与对称平面和其他网格相邻。

使用脚本模板自动网格化

真正自动网格划分的最佳方法是针对特定应用，例如机翼、机翼、排气喷嘴、叶片通道等。当然，没有人喜欢为这些应用中的每一个从头开始编写完整的网格划分应用程序，因此成功的关键有一个可扩展的通用核心网格器。

幸运的是，Pointwise 的脚本语言 Glyph明确设计用于通过宏（封装频繁执行的操作集）、扩展（创建不属于基线代码的新命令）和模板（完整的网格应用程序）扩展 Pointwise。

参考

1. Slotnick、Jeffrey 等人，“CFD Vision 2030 研究：革命性计算航空科学之路”，NASA CR-2014-218178，http://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=20140003093。

2. Dannehoffer, John，“使用面组对 3D 配置进行表面参数化”，AIAA-2005-5238，2005 年 6 月。

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文章来源：cadence博客