多层级网格划分技术如何做到便捷、高效？积鼎CFD大幅减少前处理时间

现今，仿真软件前处理过程中遇到的最大问题是仿真工程师手动设置的参数较多，操作较为复杂，且前处理时间占全仿真操作用时至少70%。几何模型越来越复杂，对细节的处理要求也越来越高。自动便捷的网格生成、生成的网格好坏成为了仿真软件前处理部分的主要竞争目标。

多层级网格划分

多层级网格划分为自动网格划分所使用的方法之一，常见的多层级数据结构包括叉树式数据结构及块状数据结构。

叉树式数据结构

块状数据结构

多层级网格的计算方式为复合网格的迭代计算。由于细网格的截断误差较粗网格小，可以映射到粗网格层级上，因此多层级网格可以降低计算误差。

复合网格的迭代计算示意图

以上图为例，复合网格中，网格大小H的粗网格覆盖全域，网格大小h的细网格覆盖局部。计算完粗网格层级的流体方程后，粗网格将给予细网格边界条件，通过此边界条件再对细网格覆盖区域进行流体方程计算。计算完成后，粗网格层级的截断误差需要修正。具体方法如下：

未加密区域粗网格点集ΩcH无需修正

加密区域内粗网格点集ΩlH将上一迭代步的相同位置处细网格流场值赋予粗网格

交界面 Γ 上的粗网格点集 ΓH以 ΓH为中心的粗网格控制体的通量计算，考虑细网格尺度上的通量Fh的矫正

网格划分过程中所使用的算法为B-R域分解算法。对于每一个划分域，先统计每一个方向需要进行划分的网格，寻找每一个方向此值的变化最为剧烈之处，进行网格划分直到每一个新创建的计算域满足设定的需求参数。

具体实现

选定某一特征值，例如涡量、相含率变化率、固体边界距离等，此类特征值在变化较为剧烈的网格处，通常截断误差较高，因此需要多层级网格加密，以降低误差，增加仿真的精准度。

以固体边界距离为例，以下案例中，需要对固体边界部分进行多层级划分，而对固体内部部分不进行网格划分。

输入参数：

最高层级，即最细网格所处层级。

缓冲层，表明细网格需要在粗网格范围往内缩进多少个基础单元的长度。

划分效率，表示真正需要被加密的网格占该区域网格数目的比例。

划分核数，即此次网格划分所需使用的核数。

参数输入完成后即可进行一键划分。

多层级划分算例1

多层级划分算例1结果

多层级划分算例2

多层级划分算例2结果

可以看出网格在固体边界的周围得到了加密，可以使此部分截断误差有效减少。

在软件使用过程中，合理输入参数便可快速自动得完成网格划分，为前处理过程节省了大量时间。在前处理网格划分结束后，即可进行边界条件设置等操作，完成后即可运行仿真程序，得到误差更低的仿真结果。

积鼎科技成立于2008年，是专注流体仿真软件研发和技术服务的高新技术企业，其自主研发的通用流体仿真软件VirtualFlow，采用多层级网格划分技术，前处理的工作量小，且数值计算更为稳定精确。具备丰富的多相流模型，可模拟单相、多相流动及非牛顿流体和水合物，基于MPI的并行算法，大大加快了计算速度，面向工业用户提供专业可靠的流体仿真解决方案。

审核编辑 黄宇