盡管計算機的處理能力不斷提升，但依然有必要提高數值仿真的效率。在 CFD 仿真中，求解的質量在很大程度上取決于網格劃分。網格間距如果不能求解流體變量的局部變化，就會引入離散化誤差。另一方面，如果網格過于精細，就會增加不必要的計算時間和工作量。網格元素類型和數據結構也會影響生成網格所需的人力時間和技能，以及單位精度的成本。

圖 1. 基于局部誤差和基于輸出的自適應技術對比。

如圖 1 所示，網格自適應（可以基于局部誤差，也可以基于輸出）是一種常用的技術，有助于提高仿真效率。非結構化的網格自適應技術用于縮小網格大小，以達到所需的求解精度。這種技術能夠大大縮短處理時間，減少內存需求和所需的存儲空間。然而，由于無法獲得基礎的 CAD 數據，自適應工具只限于提高體外網格的分辨率。

而 Fidelity CFD 中的網格自適應技術能夠維護幾何形狀，提高網格質量，適應近壁剪切層，并減少運行時間，改善了 CFD 解決方案。

1. 網格自適應技術的設計挑戰

使用網格自適應技術來提高網格質量會面臨一些常見的挑戰：

自適應無法求解正確的幾何形狀

大多數自適應程序都是內置在 CFD 求解器中的。因此，它們只是自動適應實際幾何體（即現有幾何體）的一個近似面。在適應之后，就為錯誤的幾何體生成了理想網格。

自適應會降低局部細化網格的質量

許多自適應程序使用逐個擊破的方法來充實網格，即把現有的網格元素局部劃分為額外的元素。這種方法雖然編程起來比較方便，但會導致網格質量隨著細化而不斷下降，降低穩健性，增加運行時間，甚至可能增加離散性。

在流體變量梯度很大的近壁剪切層中

進行自適應面臨重重挑戰

簡單粗暴地在近壁處使用各向同性的細化，會導致網格尺寸激增。一種常見的策略是采用拉伸四面體來解析墻面上的大梯度變量，而不對墻面進行過度細化。然而，這種方法會導致網格質量大幅度下降。

自適應程序常常導致運行時間過長

這是因為網格在某些方向或位置被過度細化，或者在自適應過程中網格質量下降，導致 CFD 求解器運行效果不佳，甚至難以決定何時停止細化程序。

2. Fidelity CFD 網格劃分工具的優勢

Fidelity Pointwise 是一個網格生成解決方案，在網格構建技術和網格風格方面提供了充分的靈活性。這種靈活性根植于 Fidelity CFD 網格劃分工具的網格劃分理念，使其能夠涵蓋廣泛的工作流程。

Pointwise 網格自適應技術以協調的自動化方式將網格劃分和求解步驟分離開來，能夠根據變化中的流體解或基于應用目標對網格進行細化（如圖 2 所示）。

圖 2. 針對兩個不同目標對菱形機翼進行網格自適應，即適應阻力（左）和適應沖擊傳播（右）。

這款自動網格細化工具只用于網格存在缺陷的區域。首先創建一個基線流體解，通過使用該流體解，估計與網格尺寸缺陷相對應的誤差。這個步驟要重復多次，以便更好地控制網格離散化誤差。對于高質量的 CFD 網格劃分，這種方法也可以用于體外的體素網格劃分，以便體外特征實現均一、出色的分辨率，特別是捕捉尾流區域時。

在圖 3 中，使用網格自適應工具對轎車的尾流剪切層網格進行了精細處理。

圖 3：網格細化，以定義體外特征。

3. 總結

Fidelity Pointwise 網格自適應工具：

適應基礎幾何形狀

有效求解邊界層區域內的網格

有效控制適應速率，逐步提高網格質量

減少運行時間

本文轉載自： Cadence楷登PCB及封裝資源中心微信公眾號

審核編輯 黃宇