有关嵌套网格计算的帮助文章.doc

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1、本人受五柳先生之托，写一些关于嵌套式网格的帮助文件，于是便写下了一下的东西。可以说是一个入门操作的指南吧。不过本人也是刚刚接触，也有些地方不是很明白，希望大家见谅。首先介绍一下嵌套式网格，就是将一个运动或者外形比较复杂的物体在其周围先生成一个网格体，再将其他的物体或者是计算域化成背景网格。这就是所谓的嵌套网格。上图中中间较小的圆柱体为一个要嵌套的物体，与外面较大的圆柱构成了一个相对独立的网个体，本身域正方体的网格结构无关。中间的圆柱行网格就是要嵌套的网格，外面正方体网格就为背景网格。以上整个就构成了嵌套网格。PS：在过程中需要挖洞，挖洞这个过程实在fastran中进行的。一、 建立嵌套式网格（

2、chimera grid）利用GEOM建立嵌套式网格的方法常用的方法有两种：在同一文件下利用levels生成层和在不同文件下利用复制粘贴功能。这两种方法都可以实现网格的嵌套。自己可以根据个人习惯选择。方法一：利用levels功能。步骤：1.建立levels。2004版本在下面，2008版本在上面2.在levels中建立需要嵌套的网格体3.在另一个levels中建立背景网格注意：在此时需要激活这个levels。以上就建立好了一个嵌套式网格。利用以上方法建立的网格可以隐藏或显示每一个层，并且修改会很方便。方法二：利用复制粘贴功能。步骤：1.在一个文件中建立需要的嵌套网格2.在另一个文件中建立背景网

3、格3.将嵌套网格复制粘贴到背景网格中利用Ctrl+A，Ctrl+C，复制要嵌套的网格，在背景网格Ctrl+V将其粘贴过来就可以了。以上就建立好嵌套网格了。不过还要定义一下边界条件，将边界的名称和属性定义一下。注释：个人比较喜好2004版本的geom，所以以上图片是2004版本的，不过2008版本的操作基本相同。另外，在画网格时一定要注意，背景网格的实体边界不要与嵌套网格的实体边界重合，这样会导致无法计算。如果外形比较复杂或是3D模型，可以利用其他类软件（如Gridgen，Icem等）在划分好网格后，导出为Plot3D格式，然后在Geom中读入，再进行网格嵌套。不过仍是按照以上几个步骤进行。在要

4、挖洞的四周，不论背景网格还是嵌套式网格都要保证有3层以上的网格。白圈圈的地方是要挖洞的区域都要又3层以上的网格才行。二、 Fastran数值模拟在导入计算之前，现将Geom生成的网格文件导出成DTF格式。注意，导出时可以选择公制或英制单位。接下来就将DTF格式文件，导入Fastran中进行计算。画好的嵌套式网格是在Fastran中进行挖洞处理的。下面就介绍在fastran中如何进行处理。1.导入文件。勾选流动（FLOW），嵌套（Chimera），运动（Moving）选项。2.设置模型选项（MO）。Global不用变，保持默认。Flow选择理想气体 无粘欧拉方程，当然也可以选择其他类型方程。Mo

5、ving有两种类型来定义运动方式：一种为描述型，一种为六自由度选择描述型后出现下图， 第一区域为时间定义，限制运动的开始和结束时间。第二区域为定义质心的坐标位置和欧拉角。第三区域为描述运动的方程，有速度和角度两种且可以同时选择。描述运动的方程可以是五阶多项式和正弦方程，也可以自己导入，但方程形式要按照前面两种的形式。六自由度的选项第一个和第二个区域与描述型的类似，定义运动开始时间和坐标。第三个区域为定义初始速度和角速度。第四个区域为定义嵌套式物体的质量和转动惯量转动惯性距。第五个区域为定义其他限制条件，有气动力，作用力，重力，和约束。气动力 将物体嵌套网格的zone写入。作用力 与前面的描述类

6、型类似用函数定义，也可以增加一些时间或者位移的限制条件。重力 一般不用修改大小，方向可以自己定义一下。约束 主要用来约束运动的方式，和限制运动时间、位置。如二维问题限制z轴运动，x轴转动，和y轴转动。还有一个推力功能，还没太明白。3. 区域条件（BC）Properties是定义每个区域的特性，可以是流体，固体，或者空白。不过一般这里不用修改默认为流体区域。选中区域后出现下图Solver Control 一般不用去设置。Chimera 这个就是定义嵌套式区域的选项了。在Geom里做的嵌套网格和背景网格，在这里就要做嵌套区域的定义了。Fastran就会自动地去挖洞。先在状态栏中选中背景网格区域，然

7、后会出现提示， 选择yes，选择手动选择，将嵌套区域全部选中，点击ok。同样，嵌套网格区域也要做以上的操作，将背景网格区域选出。选择区域是可以按住ctrl将背景网格区域全都选中后，在进行以上操作。在手动选择时，有时会出现嵌套网格区域空白情况，可以先全部自动选择一次后，再手动选择。Moving 嵌套区域选择yes，再选择前面定义好的运动类型后，点击apply即可。4边界条件（BC）如果在Geom里定义好了，各个边界的名称和类型后，这里就可以节省很多工作，不然就得一个个边界挑了。将嵌套网格最外面的边界定义为overset。再定义入口条件，如果入口在挖洞的边界上则需要在chimera选项上勾选hol

8、e cutting 接下来定义，出口 出口可以是oulet，也可以是inflow/outflow，想和两个选项的效果基本一致，不过inflow/outflow的描述可能多一些。接下来定义wall的选项。这里自己就定义了。最后，若是半模计算的话，别忘了将对称面定义为symmetry。5初始条件（IC）可以定义为全局都一致，也可以分区域定义。如果以前计算并保存过，还可以利用以前的计算结构为初始条件。6求解器设置（SC）由于计算非定常，所以用于时间精确描述， 定义起始时间和终止时间。这里的设置有一定的经验型，如果发现运动的太慢可以增大CFL数，不过也要相应的增大次级迭代次数。下面定义求解公式，这可以

9、根据需要的精确度来选择。接下来定义求解格式，还有次级迭代的次数和精度。求解格式可以根据要定义。如果CFL数较大，则可以增大迭代次数和精度。对于下面的松弛系数relax和高级选项Adv一般的情况下为空白的，不用去管他。7 输出（Out）对于计算非定常的问题，应选着指定循环次数以单独形式输出保存。Print 将定义区域以out文件的格式输出。坐标系可以自己定义也可以采用惯性系，可以定义一些无量纲的参数，最后得到无量纲量。也可以定义具体的点。Monitor 可以定义一些点监视观察具体的收敛变化情况。Graghic 这里一般情况下是空的不用管。8.运行求解终于到了最后的步骤了，点击Start simu

10、lation 就开始了，可以到一边喝茶去了。不过先别急，这里还有介绍一下output (.OUT)file的功能，这个文件可以时刻观察收敛情况和出现的问题，十分有用的一个功能，个人非常喜欢这个功能。下面就是一个output file的格式如果有错误，就会在相应的地方出现提示出现提示并给出修改意见，依次进行修改即可。 * * C F D - F A S T R A N - S O L V E R * * Date : 02/25/2009 11:17:33 DTF File Name : p1.DTF CFD-FASTRAN-GUI Version : V2008.0.3 CFD-FASTRAN

11、-SOLVER Version : V2008.0.1 DTF V7.4.0 11/20/2007 08:53:40 Build platform : liberty pc-windows-nt5-x86 CYGWIN_NT-5.2 1.5.24(0.156/4/2) i686 Working Simulation Number : 1 System Information Machine Name: OS Name : Microsoft Windows XP OS Release : 5.1 OS Version : * * I N P U T S U M M A R Y * * - FA

12、STRAN Model Description - Model Name : p1 Problem Title : None Geometry Scaling : 0.1000E-02 File Source : CFD-GEOM V2004.0.1.23 File DTF Version : 7.0.17 - Problem Specifications - NZONES NCYCLES STEADY NSUBCYCLES AXI-SYM OVERSET 12 20000 0 1 F 1 - Function Definition / Timing - MOTION_MODELS START

13、_TIME END_TIME PLOT_FORMAT FORCE_SUMMARIES 1 0.000E+00 0.200E+02 1 0 MONITOR_POINTS FORCE_BY_SECTIONS 0 0 - Cycle Output-Control Flags - RESTART FREQ UNIQUE FILES CHIMERA HOLE-CUT FREQ 6DOF OUTPUT FREQ 100 T 5 1 - Tolerances - TINY_LIMIT BIG_LIMIT GEOM_MINIMUM CONVERGENCE_EPSILON 0.100E-19 0.100E+21

14、 0.100E-19 0.100E-19 - Tolerances for Chimera Hole Cutting - EPSILON_DIST EPSILON_AREA EPSILON_RATIO 0.100E-13 0.100E-04 0.100E-04- Thermo and Transport - Gas_Model Calorically Perfect Gas (0) Mol_Weight Ratio Specific Heats Pr_laminar Pr_turbulence 29.0 1.40 0.700 0.900 - Zone Control - Zone Number

15、 Subcycles CFL_Start/dt CFL_End/dt Ramping Cycles 1 1 0.100E+04 0.200E+04 100 2 1 0.100E+04 0.200E+04 100 3 1 0.100E+04 0.200E+04 100 4 1 0.100E+04 0.200E+04 100 5 1 0.100E+04 0.200E+04 100 6 1 0.100E+04 0.200E+04 100 7 1 0.100E+04 0.200E+04 100 8 1 0.100E+04 0.200E+04 100 9 1 0.100E+04 0.200E+04 10

16、0 10 1 0.100E+04 0.200E+04 100 11 1 0.100E+04 0.200E+04 100 12 1 0.100E+04 0.200E+04 100 - ZONE: 1 - Zone CellType Chimera Moves/Deforms T_Scheme nStage Inner Inntol 1 1 1 0 6 1 400 0.10E-03 Ivisc Flux S_scheme Limit_N Limit_L Entf_L Entf_N Kappa 0 1 4 1 1 0.20 0.20 0.00 Initial solution will be set

17、 using specified constant values: U Velocity (x) V Velocity (y) W Velocity (z) Static P (Pa) Static T (K) 0.0000 0.0000 0.0000 0.10132E+06 300.00 Active Flag Number of Donors 1 5 Buffer Layers Fringe Layers 1 1 List of Donor Zones 10 11 12 8 9 - ZONE: 2 - Zone CellType Chimera Moves/Deforms T_Scheme

18、 nStage Inner Inntol 2 1 1 0 6 1 400 0.10E-03 Ivisc Flux S_scheme Limit_N Limit_L Entf_L Entf_N Kappa 0 1 4 1 1 0.20 0.20 0.00 Initial solution will be set using specified constant values: U Velocity (x) V Velocity (y) W Velocity (z) Static P (Pa) Static T (K) 0.0000 0.0000 0.0000 0.10132E+06 300.00

19、 Active Flag Number of Donors 1 5 Buffer Layers Fringe Layers 1 1 List of Donor Zones 10 11 12 8 9 - ZONE: 3 - Zone CellType Chimera Moves/Deforms T_Scheme nStage Inner Inntol 3 1 1 0 6 1 400 0.10E-03 Ivisc Flux S_scheme Limit_N Limit_L Entf_L Entf_N Kappa 0 1 4 1 1 0.20 0.20 0.00 Initial solution w

20、ill be set using specified constant values: U Velocity (x) V Velocity (y) W Velocity (z) Static P (Pa) Static T (K) 0.0000 0.0000 0.0000 0.10132E+06 300.00 Active Flag Number of Donors 1 5 Buffer Layers Fringe Layers 1 1 List of Donor Zones 10 11 12 8 9 - ZONE: 4 - Zone CellType Chimera Moves/Deform

21、s T_Scheme nStage Inner Inntol 4 1 1 0 6 1 400 0.10E-03 Ivisc Flux S_scheme Limit_N Limit_L Entf_L Entf_N Kappa 0 1 4 1 1 0.20 0.20 0.00 Initial solution will be set using specified constant values: U Velocity (x) V Velocity (y) W Velocity (z) Static P (Pa) Static T (K) 0.0000 0.0000 0.0000 0.10132E

22、+06 300.00 Active Flag Number of Donors 1 5 Buffer Layers Fringe Layers 1 1 List of Donor Zones 10 11 12 8 9 - ZONE: 5 - Zone CellType Chimera Moves/Deforms T_Scheme nStage Inner Inntol 5 1 1 0 6 1 400 0.10E-03 Ivisc Flux S_scheme Limit_N Limit_L Entf_L Entf_N Kappa 0 1 4 1 1 0.20 0.20 0.00 Initial

23、solution will be set using specified constant values: U Velocity (x) V Velocity (y) W Velocity (z) Static P (Pa) Static T (K) 0.0000 0.0000 0.0000 0.10132E+06 300.00 Active Flag Number of Donors 1 5 Buffer Layers Fringe Layers 1 1 List of Donor Zones 10 11 12 8 9- ZONE: 6- Zone CellType Chimera Move

24、s/Deforms T_Scheme nStage Inner Inntol 6 1 1 0 6 1 400 0.10E-03 Ivisc Flux S_scheme Limit_N Limit_L Entf_L Entf_N Kappa 0 1 4 1 1 0.20 0.20 0.00 Initial solution will be set using specified constant values: U Velocity (x) V Velocity (y) W Velocity (z) Static P (Pa) Static T (K) 0.0000 0.0000 0.0000

25、0.10132E+06 300.00 Active Flag Number of Donors 1 5 Buffer Layers Fringe Layers 1 1 List of Donor Zones 10 11 12 8 9 - ZONE: 7- Zone CellType Chimera Moves/Deforms T_Scheme nStage Inner Inntol 7 1 1 0 6 1 400 0.10E-03 Ivisc Flux S_scheme Limit_N Limit_L Entf_L Entf_N Kappa 0 1 4 1 1 0.20 0.20 0.00 I

26、nitial solution will be set using specified constant values: U Velocity (x) V Velocity (y) W Velocity (z) Static P (Pa) Static T (K) 0.0000 0.0000 0.0000 0.10132E+06 300.00 Active Flag Number of Donors 1 5 Buffer Layers Fringe Layers 1 1 List of Donor Zones 10 11 12 8 9 - ZONE: 8 - Zone CellType Chi

27、mera Moves/Deforms T_Scheme nStage Inner Inntol 8 1 1 1 6 1 400 0.10E-03 Ivisc Flux S_scheme Limit_N Limit_L Entf_L Entf_N Kappa 0 1 4 1 1 0.20 0.20 0.00 Initial solution will be set using specified constant values: U Velocity (x) V Velocity (y) W Velocity (z) Static P (Pa) Static T (K) 0.0000 0.000

28、0 0.0000 0.10132E+06 300.00 Active Flag Number of Donors 1 7 Buffer Layers Fringe Layers 1 1 List of Donor Zones 1 2 3 4 5 6 7 Motion Model Used Motion Model Name 1 Model 1 - ZONE: 9 - Zone CellType Chimera Moves/Deforms T_Scheme nStage Inner Inntol 9 1 1 1 6 1 400 0.10E-03 Ivisc Flux S_scheme Limit

29、_N Limit_L Entf_L Entf_N Kappa 0 1 4 1 1 0.20 0.20 0.00 Initial solution will be set using specified constant values: U Velocity (x) V Velocity (y) W Velocity (z) Static P (Pa) Static T (K) 0.0000 0.0000 0.0000 0.10132E+06 300.00 Active Flag Number of Donors 1 7 Buffer Layers Fringe Layers 1 1 List

30、of Donor Zones 1 2 3 4 5 6 7 Motion Model Used Motion Model Name 1 Model 1 - ZONE: 10- Zone CellType Chimera Moves/Deforms T_Scheme nStage Inner Inntol 10 1 1 1 6 1 400 0.10E-03 Ivisc Flux S_scheme Limit_N Limit_L Entf_L Entf_N Kappa 0 1 4 1 1 0.20 0.20 0.00 Initial solution will be set using specif

31、ied constant values: U Velocity (x) V Velocity (y) W Velocity (z) Static P (Pa) Static T (K) 0.0000 0.0000 0.0000 0.10132E+06 300.00 Active Flag Number of Donors 1 7 Buffer Layers Fringe Layers 1 1 List of Donor Zones 1 2 3 4 5 6 7 Motion Model Used Motion Model Name 1 Model 1 - ZONE: 11 - Zone Cell

32、Type Chimera Moves/Deforms T_Scheme nStage Inner Inntol 11 1 1 1 6 1 400 0.10E-03 Ivisc Flux S_scheme Limit_N Limit_L Entf_L Entf_N Kappa 0 1 4 1 1 0.20 0.20 0.00 Initial solution will be set using specified constant values: U Velocity (x) V Velocity (y) W Velocity (z) Static P (Pa) Static T (K) 0.0

33、000 0.0000 0.0000 0.10132E+06 300.00 Active Flag Number of Donors 1 7 Buffer Layers Fringe Layers 1 1 List of Donor Zones 1 2 3 4 5 6 7 Motion Model Used Motion Model Name 1 Model 1 - ZONE: 12- Zone CellType Chimera Moves/Deforms T_Scheme nStage Inner Inntol 12 1 1 1 6 1 400 0.10E-03 Ivisc Flux S_sc

34、heme Limit_N Limit_L Entf_L Entf_N Kappa 0 1 4 1 1 0.20 0.20 0.00 Initial solution will be set using specified constant values: U Velocity (x) V Velocity (y) W Velocity (z) Static P (Pa) Static T (K) 0.0000 0.0000 0.0000 0.10132E+06 300.00 Active Flag Number of Donors 1 7 Buffer Layers Fringe Layers 1 1 List of Donor Zones 1 2 3 4 5 6 7 Motion Model Used Motion Model Name 1 Model 1 - Motion Model: Model_1- Model_Type (Prescribed= 0, 6DOF= 1) 1 6DOF Model Inputs: