ANSYS非共形交界面Interface处理技巧

 一、概述

非共形交界面interface在CFD中应用得比较多，比较常见的有SRF，MRF，MP及Sliding mesh，另外对于一些非常复杂的模型，整体划分网格对硬件要求较高，此时需要进行分区处理，在区与区之间采用interface处理。

和有限元计算中的contact是类似的概念，只是在CFD中成为interface，一般成对出现，且需要在Fluent或CFX等流体仿真软件中创建Mesh Interface，这样interface两侧的计算域才能够进行数据传递。一对Interface上的网格节点不需要点对点对应，两侧的网格类型也可以不同，例如一侧为四面体(或2D中三角形)，另一侧为六面体(或2D中四面形)。

二、非共形交界面Interface介绍及处理

在计算通过非共性边界的流量时，ANSYS Fluent 必须首先计算两侧包括边界的交界面区域交叉的部分，对于流体和流体区域交界面以及固体和固体区域的交界面处，交叉的结果在两个交界面重叠的位置产生了一个内部区域，如图1所示，而固体为不同的材质情况下，Fluent在初始化时会检测到该信息，并给出相应的警告，此时需要在TUI中进行命令行的输入进行修复mesh/modify-zones/slit-interior-between-diff-solids；对于流体和固体区域交界面处，在交界面处产生了以对耦合的壁面区域(wall和wall-shadow)。

图1 网格交界面处完全重叠

若交界面两侧没有完成重叠，如图2所示，默认情况下Fluent会根据交界面处不重叠的位置自动创建另外两个区域wall zone 1和wall zone 2，而通过交界面的流量会自动计算重叠部分，而不是整个交界面。图3所示为Fluent中交界面重叠百分比云图

图2 网格交界面处部分重叠

图3 Fluent交界面重叠百分比云图

尤其是针对非常复杂的模型，直接生成网格对硬件要求高，且生成网格质量差，过程中排查网格问题十分麻烦，此时可以对整个模型进行分区独立划分网格，那么对于域与域之间需要进行交界面的处理，尤其是有些结构比较规则的区域，可以进行六面体网格划分，其他部分采用四面体网格划分这种方法需要处理较多对interface。

图4 Coupled wall使用范围

一般区域的壁面接触类型为以上图4中的3种情况，两个固体之间、固体流体之间以及不连通的流体与流体之间的交界面设定为coupled wall，一般情况下可以将这三种类型在定义interface时进行合并，这样在Fluent的Mesh Interface对话框中可以选择一对多、或多对一、以及多对多、勾选Coupled Wall，这样可以简单化操作。如图5所示的interface创建信息。而连通的区域中间的交界面不能与以上三种情况进行合并，需要将连通区域的交界面单独定义，单独创建interface信息传递。

对于复杂的模型，分区划分网格后，交界面处容易存在交叉或缝隙，ICEM中merge全部网格后导入Fluent中，会出现以下提示信息：

Info：Interface zones overlap for mesh interface in2.
This could adversely affect your solution.
Info：Interface zones overlap for mesh interface in4.
This could adversely affect your solution.
……

下面介绍Mesh Interface界面中的Matching和Mapped的功能及限制，图5中标记出的②和③。

图5 Mesh Interface界面

Matching：当一对interface之间没有很好地匹配，在交界面处产生一对wall zones，一般产生于不同的网格拓扑，几何错位以及几何存在较大的缝隙。在这种情况下，若仅仅希望在交界面处产生interior zones，最好采用matching方法。当交界面处完全重叠时，并且不希望在交界面处生成wall zones，则推荐采用matching方法。如图6左侧图所示：

图6  matching                        　　　　　　　　mapped

Mapped：当两侧交界面处存在交叉或者大的缝隙，可以采用Mapped选项用于创建一对耦合面，因此仅仅适用于coupled wall情况下，勾选mapped选项意味着默认为耦合壁面。

在使用Mapped选项时，注意以下几种限制：

● 仅仅适用于一对一的交界面； 
● 不适用于shell conduction； 
● 对于欧拉多相流模型，在mapped interface处，不计算其热耦合； 
● Mapped和matching不能同时使用； 
● 对于S2S模型，mapped交界面处网格类型不能为多面体网格； 
● Mapped不支持密度基求解器； 
● Mapped不支持拉格朗日离散相模型； 
● Mapped不支持moving/deforming网格。

三、总结

在处理非常复杂模型的网格划分时，一般可以采用分块划分，交界面part命名是关键一步，另外就是导入Fluent中出现交界面处的信息提示，可以根据提示采用mapped或者matching方法进行修复。