現今，仿真軟件前處理過程中遇到的最大問題是仿真工程師手動設置的參數較多，操作較為復雜，且前處理時間占全仿真操作用時至少70%。幾何模型越來越復雜，對細節的處理要求也越來越高。自動便捷的網格生成、生成的網格好壞成為了仿真軟件前處理部分的主要競爭目標。

多層級網格劃分

多層級網格劃分為自動網格劃分所使用的方法之一，常見的多層級數據結構包括叉樹式數據結構及塊狀數據結構。

叉樹式數據結構

塊狀數據結構

多層級網格的計算方式為復合網格的迭代計算。由于細網格的截斷誤差較粗網格小，可以映射到粗網格層級上，因此多層級網格可以降低計算誤差。

復合網格的迭代計算示意圖

以上圖為例，復合網格中，網格大小H的粗網格覆蓋全域，網格大小h的細網格覆蓋局部。計算完粗網格層級的流體方程后，粗網格將給予細網格邊界條件，通過此邊界條件再對細網格覆蓋區域進行流體方程計算。計算完成后，粗網格層級的截斷誤差需要修正。具體方法如下：

未加密區域粗網格點集ΩcH無需修正

加密區域內粗網格點集ΩlH將上一迭代步的相同位置處細網格流場值賦予粗網格

交界面 Γ 上的粗網格點集 ΓH以 ΓH為中心的粗網格控制體的通量計算，考慮細網格尺度上的通量Fh的矯正

網格劃分過程中所使用的算法為B-R域分解算法。對于每一個劃分域，先統計每一個方向需要進行劃分的網格，尋找每一個方向此值的變化最為劇烈之處，進行網格劃分直到每一個新創建的計算域滿足設定的需求參數。

具體實現

選定某一特征值，例如渦量、相含率變化率、固體邊界距離等，此類特征值在變化較為劇烈的網格處，通常截斷誤差較高，因此需要多層級網格加密，以降低誤差，增加仿真的精準度。

以固體邊界距離為例，以下案例中，需要對固體邊界部分進行多層級劃分，而對固體內部部分不進行網格劃分。

輸入參數：

最高層級，即最細網格所處層級。

緩沖層，表明細網格需要在粗網格范圍往內縮進多少個基礎單元的長度。

劃分效率，表示真正需要被加密的網格占該區域網格數目的比例。

劃分核數，即此次網格劃分所需使用的核數。

參數輸入完成后即可進行一鍵劃分。

多層級劃分算例1

多層級劃分算例1結果

多層級劃分算例2

多層級劃分算例2結果

可以看出網格在固體邊界的周圍得到了加密，可以使此部分截斷誤差有效減少。

在軟件使用過程中，合理輸入參數便可快速自動得完成網格劃分，為前處理過程節省了大量時間。在前處理網格劃分結束后，即可進行邊界條件設置等操作，完成后即可運行仿真程序，得到誤差更低的仿真結果。

積鼎科技成立于2008年，是專注流體仿真軟件研發和技術服務的高新技術企業，其自主研發的通用流體仿真軟件VirtualFlow，采用多層級網格劃分技術，前處理的工作量小，且數值計算更為穩定精確。具備豐富的多相流模型，可模擬單相、多相流動及非牛頓流體和水合物，基于MPI的并行算法，大大加快了計算速度，面向工業用戶提供專業可靠的流體仿真解決方案。

審核編輯 黃宇