Fluent仿真中的Interface交界面：使用与否，一探究竟

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作者：张杨，仿真秀平台专栏作者

我们常见的Interface边界全称是“Non-conformal Interface ”，翻译过来就是“非共节点的交界面”。这一类边界在有些Fluent流体仿真算例中会成对的出现，也有一部分流体仿真工程师会刻意的使用这些边界，来完成一些特别的仿真任务。由于 Interface 两侧的网格并不一致，甚至还有可能出现缝隙与重叠，因此他的精度与使用范围还是存在一定争议的。那么，这些“争议“的 Interface 面究竟应不应该出现在我们的仿真算例之中呢？ Interface 和完全共节点的边界 Interior 又有多大的求解差别呢？本文尝试从一个案例的角度，对这个问题进行一个简略的讨论。

本文的目的并不是要否定别人的观点、也并不希望一定能够说服大家，而仅仅是从某些特定的角度，提供一些信息，希望能够引发大家的思考。

★ Interface 从哪里来？

大部分流体仿真工程师在最早接触 Fluent 的时候，都认识了他的好基友 Gambit 前处理工具。
Gambit
在网格划分的过程中，通常采用“分割计算区域”的方法进行复杂任务的分解：首先将复杂的流体区域几何进行分割，随后再分别划分各自的网格，最后再合并输出一个网格文件。

这种方法划分网格思路明确，不太需要总体的把控，操作简单，可控性强，适合于流体仿真的初学者。因此，一部分工程师就慢慢得扎根在这种思路之中，以至于后期即使更换了网格划分的软件，但仍旧离不开这种“切割“的网格划分思想。

图1 Gambit典型的“分区域”网格划分

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当然，这种方法也具备相应的缺点，那就是不同的区域之间的网格在公共面的位置是不一致，或者说分割后的区域间很难画成共节点的网格。因此，通过 Gambit 划分的网格往往存在着大量的 Interface。这一类边界（面）几何位置相同、网格节点却不一样。当然，强大的 Fluent 软件是具备处理这一类“几何位置相同、网格节点不一样“ Interface 的能力的，这也给我们流体仿真的进程，提供了很大的便利。

图2几何的拓扑类型

如上图所示，共节点的网格会在划分之前将两侧的几何进行布尔处理，从而保证在重合的区域仅存在单独的一个面；非共形网格则不改变两侧几何的形状，重合面两侧的几何，面积和形状都可以不一致。

★ 是否应该使用 Interface ？

存在即是合理，Interface 既然存在，肯定是有使用的价值的。但是对于大多数的问题，建议尽量不要使用 Interface，原因如下：

● Interface 会降低计算效率

● Interface 会降低计算精度

当然，如果仿真涉及到边界的相对运动，那还是必须要使用 Interface 的！

★ Interface 测试算例介绍

那么 Interface 究竟是如何影响计算效率与精度的呢？接下来通过一个测试案例进行了解。

该测试案例使用最为简单的三通管换热案例 ，熟悉这个案例的工程师应该都了解在 Interface 面的位置处会产生一个回流，所以这个区域的流场是相对最为复杂的。在复杂的位置放置 Interface 面，并测试其产生的影响，则可以认为该影响是最大的。

测试案例采用三套网格进行仿真分析：①完全共节点网格；② Interface 网格两侧网格尺寸相近；③ Interface 网格两侧网格尺寸差别较大。

图3 三通管换热案例

图4 共节点网格与 Interface 网格（大尺寸网格差别）

图5 小尺寸网格差别的 Interface ，可以发现仅有细微的节点位移

图6 Interface 位置的面网格情况

● Interface 对计算效率的影响

仿真的时间如下所示。

图7 算例仿真时间情况

由于网格数量的不同，仿真的求解时间实际上需要做一个等效的变换。通过表格，我们可以发现包含 Interface 的网格求解效率是要偏低的。当然，我们可以简单的认为，降低的的求解效率实际上是和 Interface 内包含的面网格数量相关的。对于本例来讲，由于其 Interface 面积相对较小，因此效率的降低也很小，大概在10%之内。

● Interface 对计算精度的影响

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