網格圖怎么畫，三分鐘教你學會畫網格圖

相信不少流體工程師在實際的仿真工作中都遇到過類似的問題：自動生成體網格之后，要么網格的扭曲度過高（通常是skewness>0.98），求解器難以接受；要么扭曲度符合要求，網格數量卻又過大（大幾百萬或上千萬），此時計算機硬件無法讀入和計算，甚至有些干脆連網格都畫不出來了。

圖1 網格在相切的位置出現了大扭曲度的情況（skew>0.98）

那么，為什么會出現這樣兩種極端的情況呢？除了他們倆之外，有沒有折中的辦法可以選擇呢？其實，出現這些問題的本質原因，實際上是幾何簡化的問題。

通常，當幾何修復工作的幾位“醫生”下班之后，接下來就進入到幾何簡化的工作流程了。實際上，對比幾何修復的工作，幾何簡化的工作要相對更為簡單一些，因為我們只對修復好的實體進行操作，這樣，出現操作錯誤的幾率就會大大下降；使用的軟件工具，也遠遠少于修復工作。

● 幾何簡化的前提條件：修復幾何工作完成。

當然，對于一些特殊的情況，修復和簡化可以交替進行。比如因為簡化的需要，而修改一些特征，那就會采用“先刪除、后修補”的辦法來進行。

如果仿真區域需要大規模重建，（當然前提是重建的工作效率要遠遠高于逐步簡化，比如有大量的復雜圓角需要刪除）那么此時幾何簡化的工作似乎就可以省略掉了；當然，省掉的也包括修復的工作。

實際的仿真工作中，并不是所有的前處理都需要幾何簡化（和幾何修復的），比如我們使用Fluent Meshing中的包裹功能（Wrap），它可以直接處理“臟”幾何，同時也可以涵蓋簡化的部分功能。那么這些情況下，幾何簡化的思路就是另外一種情況了。

● 幾何簡化的對象

幾何簡化的對象是相對靈活的：大部分的時候是固體區域，因為這樣最為合理，能夠保證整個流程的正確性。比如說流固耦合換熱問題，固體需要參加仿真，那就先簡化固體區域，再抽取流場，這樣流體與固體之間就不會出現干涉和縫隙；

其余小部分的情況直接簡化流體區域，因為這樣可以提高工作效率。經常出現在單實體流場問題中，因為固體表面上（不和流場接觸的）很多細節是不需要包含在計算中的，簡化也是做無用功。

圖2 常見的幾何簡化（修復）方式

● 需要幾何簡化的場景

所有需要幾何簡化的場景都需要流體工程師進行權衡。所以這些問題的特征都是相對的，只有充分考量所有具備的條件之后，才能做出最優的選擇。

場景一：幾何中存在相對復雜的次要特征

CAE仿真的本質仍舊是工程，我們必須要將工作效率放在首位。過多的次要特征會極大的降低工作效率，而且這些復雜的特征對我們主要關注的區域，幾乎不會產生任何影響。所以，原則上這一類特征是必須要簡化掉的，而且通常不需要工程師進行額外的權衡。

圖3 螺釘就是CFD仿真中最為常見的次要特征

場景二：主要關注區域的細節特征過于復雜

這一類情況必須要首先權衡，是要保特征？還是要效率？當然，無論哪種選擇都是有道理的，沒有對錯，只有是否合適。

對于這一類問題，通常是采用相對折中的方法，進行一些有限范圍內的簡化：如在圓角的處理過程中，半徑小于某個數值的進行簡化，大于的則保留；或者是在小的臺階、短邊區域進行一些對齊操作，尺寸上也規定一個上限來限制，避免過多的破壞原始幾何形狀。

圖4 復雜的重要區域是讓工程師最為頭疼的事情

場景三：流場中存在薄壁導流板

薄壁導流板簡稱擋板，其主要作用是流場導向，終極目標是將流體區域的流動最高效的應用起來，以達到調整流動方向、降低渦流（回流）和壓降、增強（尤其是高溫）區域流動的目的。擋板的本質仍舊是三維實體，只是厚度遠小于其他兩個方向的尺度。因此，如果對該類薄壁幾何劃分三維網格將會極大的增加網格數量，從而導致效率較低。因此，對于這一類的幾何通常采用抽取中面的簡化方式，由三維實體直接轉換為二維的壁面邊界，從而達到減少網格數量的目的。

當然，即便是這種傾向性很大的情況，仍舊需要工程師先權衡需求，如果貿然將薄壁擋板簡化為二維無厚度壁面，則有可能造成精度降低的結果。

圖5 無厚度處理過的擋板

場景四：流體區域存在尖角

如果流體區域的幾何形狀上存在尖角，那么無論采用何種網格都是無法壁面大扭曲度結果的，而且，任何一個大扭曲度的網格都會引發整個區域的非物理解，因此必須要簡化流體尖角區域的幾何。

對于尖角的簡化方法，實際上更為簡單和直接，那就是切掉尖角處的幾何，如下圖所示。切割后的邊界通常都相互垂直，因此幾乎不會再發生大扭曲度網格的情況了。

圖6 尖角區域

圖7 切割后的尖角區域

從實際的物理情況上看，切割掉這些尖尖的區域也是有充分理由的。根據粘性流體的基本假設，壁面附近的流體速度為0，尖角附近的流體本身距離各個壁面都很近，因此流動性差，流阻大，速度也幾乎都是0。因此去除掉一部分速度全0的區域是對仿真影響很小的。

這一類尖角的情況通常也不需要權衡，直接處理掉即可。

場景五：存在不易發現的狹縫

如果是流體區域本身就是狹縫，那恐怕也沒有太多的辦法去簡化，只能用較多的網格去填滿縫隙，否則精度就會受損。

但是實際的幾何之中，往往存在著很多不易被發現的狹縫，如下圖所示。這一類的縫隙如果不好好處理的話，就會出現“網格不是太多就是太尖”的情況。

圖8 不易被發現的面內狹縫

圖9 對于面內狹縫，如果網格數量少，則質量很差

圖10 如果網格質量好，則數量很多

對于這些狹縫，通常處理的方法有以下兩種：

1、網格工具中的defeature忽略特征工具。當忽略的數值大于狹縫的寬度時，該狹縫將被忽略，被忽略的區域將被更為光滑的幾何代替，從而避免出現大扭曲度的網格。

2、幾何直接處理狹縫。如果擔心上面特征忽略的辦法會產生不可控的結果時，可以按照想定的目標進行幾何修改。當然，類似的幾何直接修改會相對復雜一些，難度也更大。

實際上，我們還有許許多多需要幾何簡化的場景，如固體區域存在尖角、邊界相切等，本文限于篇幅暫不做介紹。

總而言之，如果我們能夠妥善完成幾何簡化的工作，那么就一定可以找到一條折中的路線，從而逃離“網格不是太尖就是太多”的窘境。