Fluent仿真加速技巧：自适应网格的应用

前言

大多数CFD模拟都是采用生成具有局部区域细化和粗化的网格来计算的。这些经过细化或粗化的区域确保有足够高的分辨率，以准确捕获重要区域位置的结果，同时也使得总网格数量在可控范围内。

尽管这样做是确保计算精度的一种很好的方法，但在某些领域，可能会有过多的细化导致较长的求解时间或过少的细化导致较不精确的结果。

是否有一种方法根据求解要求自动细化或粗化网格，以获得最精确的结果呢？有，这就是所谓的自适应网格。

什么是自适应网格？

自适应网格划分是一种基于求解对仿真网格进行细化的方法。Ansys Fluent中的此方案使您能够从非常粗糙的网格开始，动态细化高梯度区域。

动态网格自适应可与多面体非结构网格自适应（PUMA）方法结合使用。PUMA不依赖任何模板进行细化，这不会将此自适应方法限制为特定的网格类型。网格经过细化后也可以粗化。

在最新版本Ansys 2021 R2中，针对燃烧和多相流仿真的最佳实践已嵌入到Ansys Fluent的网格自适应设置面板中，从而：

• 减少高达70%的网格数
• 稳态情况下最高可提高4倍的计算速度

自适应网格燃烧模拟应用

Sandia Flame D是一个富燃料湍流扩散甲烷/空气喷射火焰测试案例。在甲烷和空气流入之间注入引燃火焰。使用两种不同的粗网格进行了两次测试，以分析其精度和最终网格数差异。

网格自适应程序自动将关键区域的网格细化为LES级别的网格，包括反应区、剪切层和再循环区。我们发现，与实验数据相比，这两种情况都显示了准确的结果。

Fluent的自适应网格解决方案显示，在一系列反应流情况下，与非自适应精细LES网格相比，总单元数减少了30-70%。

自适应网格多相流模拟应用

网格自适应也可用于帮助准确有效地模拟多相模拟，如液体射流破碎模拟。流体体积（VOF）到离散相模型（DPM）混合多相模型与动态网格自适应结合使用。VOF模型跟踪液气界面，而DPM是一个单独的解算器，用于跟踪悬浮在欧拉相中的离散粒子。 

该VOF-to-DPM模型的核心是一种算法，该算法寻找从喷雾主体分离的液体团块，然后将其转换为点质量，以便进一步跟踪。这种方法使我们能够不跟踪较小液滴的界面，并减少了对非常精细网格的需要。

该混合模型的第二个重要部分是动态网格细化和粗化。使用精细网格跟踪界面区域，一旦确定要传输到DPM模型的blob，则会对局部网格进行粗化，以保持单元数量可控。

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