0
1 голосов
Морская CFD [Ответы] часть 3
Автор:
Nicos
,
07 августа 2017
·
904 просмотров
http://caewatch.com/...s-on-good-mesh/
Очередной перевод.
Топ-5 недоразумений ''хорошей сетки''
Несмотря на то ,что в FEA и CFD существует несколько бессеточных кодов, сетка остается одной из самых важных задач для большинства пользователей CAE. Невозможно переоценить важность создания высококачественной сетки.
Но как определить высоко качественную сетку, от не качественной?. Чтение вывода отчета о качестве сетки в программном обеспечении - это всего лишь один важный шаг: нужно определить, достаточно ли хороша сетка для решения вашей физической проблемы. К сожалению, существует недопонимание что такое хорошая сетка. В настоящее время трудно найти курс по проблемам сетки в инженерных отделах. Численный алгоритм в большинстве инженерных школ не является обязательным. Поэтому неудивительно, что пользователям CAE нового поколения не хватает фундаментальных знаний о том, как сетка работает в системе CAE.
Вот первые 5 недоразумений ''хорошей сетки''.
# 1. Хорошая сетка должна хорошо придерживаться модели CAD.
Как сообщалось ранее, все больше и больше пользователей CAE являются дизайнерами. Они, как правило, хорошо разбираются в САПР и, как правило, доводят все детали модели для успешного анализа. Они считают, что более подробная детализация лучше отображает реальность.
Это не так, в большинстве случаев. Хорошая сетка должна качественно решать физику, а не следовать модели CAD.
Цель моделирования CAE - получить физические величины: напряжение, деформация, смещение, скорость, давление. Модель САПР - это просто абстракция физических объектов. Многие детали не имеют отношения к анализу или оказывают незначительное влияние на расчет. Поэтому знание физики имеет наиважнейшее значение. Хорошая сетка должна упростить модель САПР и разместить узлы на основе физики.
Это означает, что можно построить хорошую сетку только в том случае, если вы хорошо знаете физику вашего анализа.
# 2. Хорошая сетка всегда хороша.
Много раз, мы можем видеть, что некоторые пользователи CAE усердно работают, чтобы получить сетку высокого качества, изменяют размер сетки и совершенствуют геометрию. Они тщательно проверяют вывод качества сетки в программном обеспечении.
Это необходимо. Но не переусердствуйте, потому что хорошая сетка не всегда хороша. Это зависит от моделируемой модели.
Например, вы создаете очень хорошую сетку, которая отлично захватывает поток вокруг аэродинамического профиля и точно вычисляет все силы. Теперь, если вы измените угол атаки потока от 0 до 45 градусов, ваша сетка все еще хороша? Скорее всего, нет.
Хорошая сетка всегда связана с физикой. Когда вы меняете граничные условия или меняете тип анализа, или меняете модель потока, хорошая сетка (с одной и той же геометрией) может превратиться в плохую сетку.
# 3. Гекса всегда лучше, чем тетра.
В большинстве старых книг с тестами вам будет сказано, что гекса сетка лучше, чем tetra. И покажут вам, как числовые ошибки в большом количестве могут быть созданы сеткой tetra. Иногда это является правдой, особенно 15 или 20 лет назад.
Исторически, предпочтение отдается гекса сетке из-за: 1) Большинство решателей CFD могли использовать только структурированную сетку; 2)В гекса используется меньше количества элементов (так что экономится ОЗУ и процессорное время ); 3) Неструктурированный решатель еще не созрел.
Разработка технологии поиска решений в большинстве коммерческих кодов FEA и CFD и вычислительной техники, привели к аналогичным результатам для большинства проблем гекса и тетра сетки.Конечно для тетра сетки обычно требуется больше вычислительных ресурсов на этапе решения. Но этот недостаток легко компенсируется временем, сохраненным при генерации сетки. Для большинства технических проблем преимущества в точности шестнадцатеричной сетки больше не существует.
Для некоторых специализированных приложений, например, ветряная турбина, насос или самолет, гекса сетка по-прежнему предпочтительна, из-за 1). Хорошо понятная физика (большинство пользователей знают, как выровнять сетку); 2). Специальные инструменты для генерации гекса сетки для таких геометрий.
Однако для большинства пользователей FEA и CFD, если геометрия несколько сложна, это просто потеря времени, что-бы создавать гекса сетку. Ваши результаты не будут лучше, большую часть времени, если не всегда. Время вычисления (решателя), сохраненное с гекса сеткой, является не значительным по сравнению с временем, потраченным на генерацию самой сетки.
# 4. Только автоматически сгенерированная сетка является хорошей.
Когда разработчику программного обеспечения необходимо обосновать, что его программное обеспечение является наилучшим (конечно, цена обычно находится в конце), он скажет вам, что программное обеспечение позволяет вам осуществлять все виды ручного управления. Скрывая информацию о том, что только ручное управление может генерировать лучшую сетку.
Для продавца хорошая сетка генерируется только в ручном режиме. Но нужно понимать, что для инженеров это является заблуждением. Хорошее программное обеспечение для создания сетки должно обладать интеллектом для анализа основной геометрии: вычисления кривизны, поиска зазоров; поиск небольших объектов; поиск твердых ребер; поиск острых углов, применение разумных настроек по умолчанию ....
Это то, что должна делать автоматическая сетка. Для большинства пользователей программное обеспечение может собирать больше информации и, точнее, о лежащей в основе геометрии. Таким образом, программное обеспечение должно иметь возможность применять более качественные параметры для повышения качества сетки по сравнению со многими пользователями.
Конечно, для опытных пользователей, которые ежедневно используют определенное программное обеспечение и работают с геометрическими объектами в течение многих лет, история может быть другой. Такие пользователи хорошо знакомы с физикой, а программное обеспечение для генерации сетки не может понять, какие проблемы физики должны быть решены. Но процентная доля таких пользователей сокращается.
В любом случае, для обеспечения создания качественной автоматической сетки, программное обеспечение должно работать намного лучше, чем большинство неопытных пользователей. Ручной контроль возможен для опытных пользователей, которые хорошо знают физику.
# 5. Хорошая сетка должна иметь большое количество ячеек.
Поскольку ресурс HPC легко доступен, даже студент может попытаться решить задачу в CFD на 10-20 миллионов ячеек. В глазах большинства пользователей CAE большое количество ячеек означает высокую точность, и поэтому вся физика может быть решена.
Это не так, потому что некоторая физика должны быть смоделирована. Например, в вычислительной области, когда вы собираетесь использовать стандартную функцию стены, то любые узлы в вязком слое просто делают недействительной функцию стены. Вы не только тратите впустую вычислительные ресурсы, но и получаете не физические результаты. Даже для LES чрезмерно тонкая сетка может привести к большим ошибкам и нефизическим решениям.
Мелкая сетка не означает-- хорошая сетка. Целью сетки является получение решений в отдельных местах. Хорошая сетка - это сетка, которая служит целям вашего проекта. Итак, пока ваши результаты: 1) физические; и 2) достаточно точные для вашего проекта, ваша сетка достаточно хороша.
Другим примером недопонимания является то, что большинство пользователей всегда используют полную 3D-модель. В их глазах трехмерная модель более «реалистична». Однако, если геометрия является симметричной, использование части вашей геометрии (следовательно, меньше ячеек) приведет к лучшим результатам, поскольку условие симметрии соблюдается точно. Если проблема заключается в симметричной оси, то 2D результаты гораздо точнее, чем большинство трехмерных результатов. В любом случае, большинство CAE пользователей нового поколения не имеют времени, чтобы полностью понять физику системы, которую необходимо имитировать. Им трудно делать какие-либо упрощения. Поэтому не удивительно, что CAE проблемы становятся, необязательными.
В настоящее время CAE по-прежнему отвечает за сетку. Хорошая сетка должна:
1 быть в состоянии решить физику, которую необходимо изучить;
2 иметь разумное качество, чтобы решатель не потерпел неудачу;
3 упростить геометрию на основе физики;
4 решать конкретные проблемы;
5 соответствовать требованиям проекта
