Gridgen基本的多重block结构化网格.docx
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Gridgen基本的多重block结构化网格.docx
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Gridgen基本的多重block结构化网格
4.SweptRamp:
基本的多重block结构化网格
(JohuainNWPU,2005-3-9)
4.1介绍
教程讲述流场为sweptramp的简单的结构化网格的生成过程,网格有两个block。
不要指望通过这个教程就会成为Gridgen专家或者网格生成专家。
网格生成不是一个几小时就能掌握的。
高质量的网格需要技巧和耐心,软件Gridgen能够尽可能的降低这两方面的要求。
最好首先完成这个教程,再去尝试其他教程。
因为其他教程涉及到高级的内容,而且假定读者已经理解了本教程的基本内容。
4.2涉及内容
教程讲述的基本技巧为:
1、使用AddSegment中的3DSpaceLine命令生成connectors:
设置了网格点的曲线段。
2、使用OthersCopy命令复制以及平移connectors
3、使用命令ReDistribute重新设置网格点;
4、使用命令AssembleEdges生成domains;
5、使用命令RunSolverStructured,采用椭圆偏微分方法平滑domains以提高曲面网格的质量;
6、使用命令CopyandModify加速网格生成过程;
7、使用命令AutoSaveFace生成blocks,这是volumegrids;
8、椭圆PDE方法平滑blocks提高improvevolumegrid的质量;
9、使用命令Examine可视的检查volumegrid的质量;
10、使用命令AnalysisS/W,设置边界条件。
4.4几何体
几何体如下图所示。
几何体SweptRamp,x方向为流动方向
要生成的网格包含两个blocks,如下图所示。
每个block内,一簇网格直线沿着流动方向,一簇沿着ramp直到远场边界farfieldboundary,一簇沿着z方向穿过ramp。
用户可以任意选择block系统和网格拓扑结构,教程中的block系统只是其中之一。
设计网格时同样要考虑CFD软件的要求。
SweptRamp的block系统
现在开始网格生成,关键点的名称和坐标如下所示。
注意进行CFD计算,这些点是不够的。
外边界应当远离ramp,这样才能边界条件对流动的影响。
Ramp's标志坐标
ListofSweptRampCoordinates
Label
X
Y
Z
a
0.00
0.00
0.00
b
0.75
0.00
0.00
c
2.00
0.50
0.00
d
3.00
0.50
0.00
e
3.00
1.50
0.00
f
2.00
1.50
0.00
g
0.00
1.50
0.00
h
0.00
0.00
1.00
i
1.25
0.00
1.00
j
2.00
0.50
1.00
k
3.00
0.56
1.00
l
3.00
1.50
1.00
m
2.00
1.50
1.00
n
0.00
12.50
1.00
4.5开始
启动Gridgen后,首先选择进行CFD的软件类型,这样使得生成的网格与CFD软件保持一致。
本文选用的是STAR-CD,从菜单MAINMENU:
1.AnalysisS/W
2.SelectAnalysisS/W
3.选择3D以及STAR-CD;
4.Done;
5.Done
选择按钮3D,因为要生成3维网格。
若要生成2维网格,选择按钮2D。
4.6生成Connectors
网格的最低级的基本单位是connector。
Connectors是由一个或多个曲线段相互连接而成,也即connector就是复合曲线。
Segment是典型的曲线如直线或者二次曲线。
connector可由多个segments组成,如连接一条直线连接一个圆形再连接一条直线。
Segments由给定的控制点通过插值生成。
生成connector有三种方法:
1.定义外形;
2.计算网格点数;
3.分配网格点数;
第一个connector是AG。
从坐标列表可见直线端点为a(0,0,0)和g(0,1.5,0)。
命令如下:
1.Connectors
2.Create
3.AddSegment
4.3DSpaceLine
5.AddCPviaKeybrd
6.0,0,0
7.AddCPviaKeybrd
8.0,1.5,0
9.Done-SaveSegment
现在完成了connector生成的三分之一(外形定义)。
这个Connector外形包含一个segment(直线)。
这个segment的控制点为(0,0,0)和(0,1.5,0)。
若图像大小不合适,可以采用鼠标中键或者滚轮调整大小。
生成Connector的第二步是设定网格点数。
从上面的坐标图可见,垂直connector上需要分布21个网格点。
设置方法为:
1.ReDimension
2.Fromkeybrd
3.21
4.Done-ReDimension
最后一步是分配connector上的网格点。
由于网格要用于粘性流动仿真,因此需要再ramp表面处加密。
CFD软件和问题的特殊性决定加密的程度。
默认时,系统采用均匀间隔。
下面设置第一个网格点到点A的距离为0.01:
1.ReDistribute;
2.Begin.
3.0.01
4.DoneReDistributing
5.Done-SaveConnectors
6.DoneCreatingConns
显示connector上的网格点的命令如下:
1.Disp
2.ShowConGPs
3.Done
这样就完成了connector的生成过程。
屏幕上每个绿点都是一个网格点。
应有21个点,在ramp处加密,如下图所示:
第一个Connector的网格点加密
注意Connector的颜色为浅绿色,说明已经分布了一定数目的网格点数(若为亮绿色,则说明没有分配网格点)。
Connector的任何一端绿点为节点。
Recallnodes为connector的控制点。
生成另外一条connectorAB的过程,如下所示:
1.Create
2.AddSegment
3.3DSpaceLine
现在处于segmentdrawing模式。
显示窗口显示:
ConnectorSegments:
1
ConnectorDimensions:
0
CrossPosition:
x=0.0000000E+00
y=1.5000000E+00
z=0.0000000E+00
上面信息说明光标位于点G。
现在不用输入坐标的方法给出控制点,而用另外的方法。
设置节点A为控制点,如下所示:
1.按下鼠标右键;
2.上移鼠标,使光标向y轴负方向移动;
3.移动鼠标右键到节点(0,0,0);
4.放开鼠标右键;
5.AddCPbyPicking
若选择正确,浏览窗口会显示:
ConnectorSegments:
1
ConnectorDimensions:
0
ControlPoints:
1
CrossPosition:
x=0.0000000E+00
y=0.0000000E+00
z=0.0000000E+00
DistanceToLastPoint:
D=0.0000000E+00
上面信息表明segment只有一个控制点。
若显示窗口显示错误信息:
apointhadnotbeenpicked,需要重复上述步骤直到控制点增加成功。
第一个控制点加入后,控制点处会出现一个黄色小空矩形。
同时光标处出现大的空白圆形。
这是系统告诉用户包含选择控制点和当前光标位置的segment的长度为0。
为了完成connector的外形定义,需要在点B处加入第二个控制点,如下所示:
1.AddCPviaKeybrd
2.0.75,0,0
之后,浏览窗口显示:
ConnectorSegments:
1
ConnectorDimensions:
0
ControlPoints:
2
CrossPosition:
x=7.5000000E-01
y=0.0000000E+00
z=0.0000000E+00
DistanceToLastPoint:
D=0.0000000E+00
一旦定义了segment的外形,需要保存下来并设置connector的网格点数:
1.Done-SaveSegment
2.ReDimension
3.Fromkeybrd
4.15
5.Done-ReDimension
注意浏览窗口显示connector的设置信息:
ConnectorSegments:
1
ConnectorDimensions:
15
最后,完成网格点的分配:
1.ReDistribute
网格加密之前,查看窗口。
找到大白圆圈即光标。
注意几个菜单项与光标有关(菜单上有大的空白圆圈).查看浏览窗口文字:
ConnectorSegments:
1
ConnectorDimensions:
15
SubConnector#1/1info:
Dimensions:
15
Spline:
LinearonS
Distribution:
TANH
begsinput:
0.0000E+00
sactual:
5.3571E-02
endsinput:
0.0000E+00
sactual:
5.3571E-02
-s(8)=5.357143E-02
+s(8)=5.357143E-02
CursorPosition:
x=3.7500000E-01
y=0.0000000E+00
z=0.0000000E+00
光标的坐标显示在浏览窗口的底部。
沿着connector移动光标的方法是:
1.按下鼠标右键;
2.东西方向移动鼠标,光标会沿着connector长度上移动。
两端调整网格点密度的方法为:
1.Begin△
2.0.01
3.Ending△
4.0.01
注意每一个connector都一个绘制方向。
当前绘制的connector沿着x正方向。
指令Begin△和Ending△加密方向就是这个方向。
教程后面会讨论,connector的方向与Gridgen的过程无关。
用户也可以沿着x轴负方向绘制connector,这样不会影响网格生成以及前面完成的工作。
下面保存connector:
1.DoneRedistributing
2.Done-SaveConnectors
下一个connector为BC。
首先重新配置显示窗口左边的图像。
使得connectorBC能够可见。
调整到左边:
1.按下鼠标左键
2.鼠标向左移动,图像随之移动。
3.图像到了窗口左边时,放开鼠标左键。
注意,按下鼠标左键时光标变成四个箭头的形状。
这说明用户在调整图形。
生成新的connector:
1.AddSegment
2.3DSpaceLine
注意光标(小白十字)位于connector外形定义的最后一个控制点处。
同时也是新的connector的一个控制点。
定义segment外形:
1.AddCPbyPicking
2.AddCPviaKeyboard
3.2,0.5,0
4.Done-SaveSegment
一旦显示窗口没有完全显示新的connector,使用调整与缩放控制重新调整图像。
这个connector需要17个点。
如下设置网格点,并分配网格点:
1.ReDimension
2.Fromkeybrd
3.17
4.Done-ReDimension
5.ReDistribute
确定ramp的加密方向:
1.Begin.△
注意信息窗口文字:
Enterthe△Svalueatthebeginningofthesubconnector.Use-1tocopyfromtheadjacentsubconnector,0tounconstraintheend.Default=0.10000E-01。
输入-1,用户就可以选择另外一个connector,并复制其上的网格点间隔。
这是一个快捷的方法保证breakpoint的任何一边都有相同的间隔。
2.-1
3.移动光标到希望复制间隔的connector的粉红色图像上;
4.当光标移到时,粉红色将变化为橙红色;
5.按下放开鼠标右键;
手掌形光标表明系统希望选择什么。
候选项目为粉红色部分(本例中connectors共有一个公共节点).橙红色高亮显示说明光标下项目可以选择。
按下放开鼠标右键选择这个connector。
显示窗口的网格点的图像转换为新的加密形式。
浏览窗口显示:
ConnectorSegments:
1
ConnectorDimensions:
17
SubConnector#1info:
Dimensions:
17
Spline:
LinearonS
Distribution:
TANH
beg△sinput:
1.0000E-02
△sactual:
1.0000E-02
end△sinput:
0.0000E+00
△sactual:
3.1690E-01
△s(14,15)=1.85405E-01
CursorPosition:
x=1.375000E+00
y=2.500000E-01
z=0.000000E+00
上面信息说明设定的connector起点处的△s为0.01。
完成这个connectors:
1.Ending.△
2.0.01
3.DoneReDistributing
4.Done-SaveConnectors
下面生成ConnectorCF,如下操作:
1.AddSegment
2.3DSpaceLine
3.AddCPbyPicking
4.AddCPviaKeyboard
5.2,1.5,0
6.Done-SaveSegment
坐标图表明connectorCF正对connectorAG。
结构化网格时,这意味着两个connector的网格点数相同。
本例中的网格的两个connector同样适用同样的网格分布。
如下操作:
1.ReDimension
2.利用鼠标移动光标到connectorAG;
3.当connector橙红色高亮显示时,按下放开鼠标右键;
4.Done-ReDimension
5.Copy△Values
6.Done-SaveConnectors
这样就将AG的网格点数、分布约束(确定的加密、分布函数,等等)应用到CF上。
下面绘制connectorFG:
1.AddSegment
2.3DSpaceLine
3.AddCPbyPicking
4.按下鼠标右键;
5.移动光标到点G;
6.放开鼠标右键;
7.AddCPbyPicking
8.Done-SaveSegment
9.ReDimension
10.移动光标到connectorAB。
按下放开鼠标右键;
11.移动光标到connectorBC。
按下放开鼠标右键;
12.Done-ReDimension
13.Done-Don'tCopyDist
14.Done-SaveConnectors
15.DoneCreatingConns
16.Done
对于刚生成的connectorFG,系统将自动设置connectorFG上的网格点等于connectorAB和BC之和,而网格点的分布情况只使用默认设置(均匀间隔)。
如下图所示:
Ramp的第一个Domain所有connectors
显示过多就会混乱,关闭connector显示:
1.Disp;2.ShowConGPs;3.Done
4.7生成Domain
曲面的网格就称为domains。
由于要生成结构化网格,因此每个曲面网格要映射为IxJ点的四边形区域。
对边网格数相同的重要性也在于此。
同样,系统要求domain的每一条边,至少定义一条connector,这样每个交角处都有一个节点。
这也是为什么不把包含6个控制点的ABCFGA生成一个单独的connector的原因:
这会导致交角处没有节点。
生成一个domain的过程很简单,:
指向构成domain周边的connectors。
如下操作:
1.Domains
2.Create
3.选中CellTypestructured;
4.AssembleEdges
系统现在要求选择一个connector。
信息窗口显示这个信息。
开始之前,查看下面浏览窗口:
Ramp网格生成时的浏览窗口
上图说明生成的四边形计算网格的信息。
这会帮助用户查看定义的四条边以及每条边上定义的网格点数。
当加入connector去定义网格时,同时边的颜色也发生变化。
因为网格由组成周边的闭合connector定义而成,用户必须进行两个选择,才能进行:
1、闭环connector周边上起始并终止的节点,2、闭合connector的方向。
这两个选择与最后生成的网格索引方向无关;它们只用于网格生成的过程。
对于教程中这个网格,从点A对应的节点开始,沿着逆时针方向进行。
1.移动光标到connectorAB;
2.按下放开鼠标右键;
3.把光标从connector上移开;
注意浏览窗口,显示用户在定义网格的第一条边,该边上有15个点。
浏览窗口的黄色直线(对应边线1)表示显示窗口中黄色connector对应的物理映射。
不过,这个connector并不仅仅是边线1对应的connector。
完成第一条边线,如下操作:
1.移动光标到conectorBC;
2.按下放开鼠标右键;
3.从这个connector上移开光标;
留意浏览窗口中的信息。
用户选择的两个connector组成了这个domain的四条边中的一条。
下面定义第二条边:
1.NextEdge
注意浏览窗口显示用户"DefiningtheSecondEdge".继续:
1.移动光标到connectorCF;
2.按下放开鼠标右键;
3.从connector上移开光标;
注意connector变成了红色对应于浏览窗口中的红色边线。
定义第三条边:
1.NextEdge
系统明确在结构化网格中,相对边上的网格点数必须相同。
边线3与边线1相对,边线1定义了31个点,因此系统自动的给边线3分配31个点。
同时边线3命名为connectorFG,与边线2一端相连。
同样的,系统将边线4唯一设成connectorAG,这样就完成了网格构造,用无限插值方法生成了网格内部的点。
如下图所示:
完成周边后系统自动生成Ramp的网格
查看浏览窗口,可知已经定义了曲面的周边,而且该周边被映射为计算域中一个31X21的四边形区域,即计算网格。
同时,connector生成过程中,其上的网格点数已经设置好了,可以用于曲面网格的生成。
保存前面的工作:
1、Done;
2、Done;
3、Input/Output;
4、GridgenExport;
5、输入...Name;
6、ramp;
7、Done
这样就导出了Gridgen文件ramp.gg(.gg是默认扩展名)。
这是主要文件,包含了几乎所有的从节点到blocks以及显示信息。
用户生成的每个网格都有一个Gridgen文件。
这个文件导入了Gridgen后可以继续构造或者修改以前的工作。
4.8运行椭圆偏微分方程求解器
上面网格生成过程中曾经提及,使用了代数方法(尤其是无限插值法)初始化网格。
这样网格可能会由于扭曲或者加密问题,导致无法进行CFD计算。
因此系统采用椭圆PDE方法光滑网格,调整网格的密集程度和正交程度。
用户可以选择是否使用PDE改善网格质量。
使用PDE方法的步骤如下:
1.Domains
2.运行SolverStructured
首先选择要进行改善的网格。
可以从显示窗口选择,也可以浏览窗口的列表中选择。
从浏览窗口选择网格的方法为:
1.在浏览窗口中移动光标到domain1;
2.注意domain1高亮显示为橙红色(表示可以选择);
3.按下放开鼠标右键;
4.注意domain1高亮为粉红色(表明已经选中);
5.Done
6.EllipticSlvrRun
这样椭圆PDE求解器在默认条件开始运行。
每次迭代后网格重新绘制,可以看到网格质量得到提高。
浏览窗口显示:
EllipPDESolver-RUN
Iteration#N
TotalResidual:
nnn
oMaxResidual:
nnn
上面信息表示,已经迭代的次数,整个网格PDE解的残差以及最大残差。
显示窗口中代表最大残差位置的符号显示出PDE解变化迅速的网格点位置。
建议不要过于关注残差数值或者收敛速率。
只要简单观察显示窗口中的网格,就可以确定光滑的程度。
同样重要的是,系统不后自动停止求解器,需要用户来停止求解过程。
默认条件下,光滑后的网格如下图所示:
PDE求解器提高Ramp的网格质量
当需要停止时,设置:
1.Pause
下面详细介绍PDE设置选项:
1.SetSolverAttribs
浏览窗口显示这个PDE属性的摘要信息:
DomainNum1:
31x21
TFI:
standard
Shape:
Free
Relaxation:
Optimal
BGConFun.:
Thom.&Midd.
△s|Angle|
typedecay|typedecay|base
------------------------------
interp6|ortho6|Hilg
interp6|ortho6|Hilg
interp6|ortho6|Hilg
interp6|ortho6|Hilg
BoundaryConditions:
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- Gridgen 基本 多重 block 结构 网格