3.1 常用前處理軟件

目前，較為常用的CFD前處理軟件主要包括Gambit、ANSYS ICEM CFD、TGrid、GridPro和Gridgen等。

3.1.1 Gambit

Gambit是為了幫助分析者和設計者建立并網格化計算流體力學（CFD）模型和其他科學應用而設計的一個軟件包。

Gambit通過其用戶界面（GUI）來接受用戶的輸入。Gambit GUI簡單而又直接地做出建立模型、網格化模型、指定模型區(qū)域大小等基本步驟，這對很多的模型應用已經足夠了。

面向CFD分析的高質量前處理器的主要功能包括幾何建模和網格生成。由于Gambit本身所具有的強大功能，以及快速的更新，在目前所有的CFD前處理軟件中，Gambit穩(wěn)居上游。

Gambit軟件具有以下特點。

（1）ACIS內核基礎上的全面三維幾何建模能力，通過多種方式直接建立點、線、面、體，而且具有強大的布爾運算能力，ACIS內核已提高為ACIS R12。該功能大大領先于其他CAE軟件的前處理器。

（2）可對自動生成的Journal文件進行編輯，以自動控制修改或生成新幾何與網格。

（3）可以導入Pro/Engineer、UG、CATIA、SolidWorks、ANSYS、Patran等大多數CAD/CAE軟件所建立的幾何和網格。

導入過程新增自動公差修補幾何功能，以保證Gambit與CAD軟件接口的穩(wěn)定性和保真性，使得幾何質量高，并大大減輕工程師的工作量。

（4）新增Pro/Egineer、CATIA等直接接口，使得導入過程更加直接和方便。

（5）強大的幾何修正功能，在導入幾何時會自動合并重合的點、線、面；新增幾何修正工具條，在消除短邊、縫合缺口、修補尖角、去除小面、去除單獨輔助線和修補倒角時更加快速、自動、靈活，而且準確保證幾何體的精度。

（6）G/Turbo模塊可以準確而高效地生成旋轉機械中的各種風扇以及轉子、定子等的幾何模型和計算網格。

（7）強大的網格劃分能力，可以劃分包括邊界層等CFD特殊要求的高質量網格。Gambit中專用的網格劃分算法可以保證在復雜的幾何區(qū)域內直接劃分出高質量的四面體、六面體網格或混合網格。

（8）先進的六面體核心（HexCore）技術是Gambit所獨有的，集成了笛卡兒網格和非結構網格的優(yōu)點，使用該技術劃分網格時更加容易，而且大大節(jié)省網格數量，提高網格質量。

（9）居于行業(yè)領先地位的尺寸函數（Size function）功能，使用戶能自主控制網格的生成過程以及在空間上的分布規(guī)律，使得網格的過渡與分布更加合理，最大限度地滿足CFD分析的需要。

（10）Gambit可高度智能化地選擇網格劃分方法，可對極其復雜的幾何區(qū)域劃分出與相鄰區(qū)域網格連續(xù)的完全非結構化的混合網格。

（11）可為FLUENT、POLYFLOW、 FIDAP、ANSYS等解算器生成和導出所需要的網格和格式。

3.1.2 ANSYS ICEM CFD

作為專業(yè)的前處理軟件，ICEM CFD為世界流行的所有CAE軟件提供高效可靠的分析模型。它擁有強大的CAD模型修復能力、自動中面抽取、獨特的網格“雕塑”技術、網格編輯技術以及廣泛的求解器支持能力。

ICEM CFD同時作為ANSYS家族的一款專業(yè)分析環(huán)境，還可以集成于ANSYS Workbench平臺，獲得Workbench的所有優(yōu)勢。ICEM CFD軟件具有以下特點。

● 直接幾何接口（CATIA、CADDS5、ICEM Surf/DDN、I-DEAS、SolidWorks、Solid Edge、Pro/Engineer和Unigraphics）。

● 忽略細節(jié)特征設置：自動跨越幾何缺陷及多余的細小特征。

● 對CAD模型的完整性要求很低，它提供完備的模型修復工具，方便處理“爛模型”。

● 一勞永逸的Replay技術：對幾何尺寸改變后的幾何模型自動重劃分網格。

● 方便的網格雕塑技術實現任意復雜的幾何體純六面體網格劃分。

● 快速生成以六面體為主的網格。

● 自動檢查網格質量、自動進行整體平滑處理、壞單元自動重劃、可視化修改網格質量。

● 超過100種求解器接口，如FLUENT、ANSYS、CFX、Nastran、Abaqus、LS-Dyna。

3.1.3 TGrid

TGrid是一款專業(yè)的前處理軟件，用于在復雜和非常龐大的表面網格上產生非結構化的四面體網格以及六面體核心網格。TGrid提供高級的棱柱層網格產生工具，包含沖突檢測和尖角處理功能。

TGrid還擁有一套先進的包裹程序，可以在一大組由小面構成的非連續(xù)表面基礎上生成高質量的、基于尺寸函數的連續(xù)三角化表面網格。

TGrid軟件的健壯性以及自動化算法節(jié)省了前處理時間，產生的高質量網格提供給ANSYS FLUENT軟件進行計算流體動力學分析。

表面或者體網格可以從GaMbit、ANSYS結構力學求解器、CATIA、I-DEAS、Nastran、Patran、Pro/Engineer、HyperMesh等更多軟件中直接導入TGrid。

TGrid擁有大量的修補工具，可以改善導入的表面網格質量，快速將多個部件的網格裝配起來。

TGrid方便的網格質量診斷工具使得對網格大小和質量的檢查非常簡單。

3.1.4 GridPro

GridPro是美國PDC公司專為NASA開發(fā)的高質量網格生成軟件，是目前世界上最先進的網格生成軟件之一。它可以為航天、航空、汽車、醫(yī)藥、化工等領域研究的CFD分析提供最佳網格處理解決方案。

GridPro能夠快速而精確地分析所有復雜幾何型體，并生成高質量的網格，能為任何細部結構提供精確的網格劃分。GridPro能夠自動生成正交性極好的網格結果，網格質量大大高于其他網格系統(tǒng)。

網格精度的提高使得CFD分析的準確性也有了很大提高。GridPro能夠使求解器的收斂快3～10倍，自動化的過程能夠大大減少交互時間，通常這也是網格生成過程中最慢也是最花時間的部分。原來需要花數月完成的網格劃分，現在只需要幾天甚至幾小時就可以完成。

GridPro的自動生成模板功能，使得用戶只需簡單地按幾下鼠標就可以創(chuàng)建一個新的網格，可以在幾何構型修改后實現網格的重用。模塊化參數設計使得用戶能夠非常容易地切換網格并改變幾何構型。

GridPro能夠非常方便地實現局部和邊界層的網格加密，實現只在用戶指定分區(qū)加密，并自動協調周邊分區(qū)的網格密度，這既提高了局部的網格精度，又不影響其他區(qū)域網格的數量和計算速度。

3D圖形化界面使得用戶能夠非常容易地指定、構造并修改網格，內置的智能程序能夠避免很多錯誤。生成的網格具有非常好的可視性，可以全方位地檢查和評估各個細部的網格質量。獨有的算法能夠在任何復雜的幾何型體中生成分塊網格，并能夠很容易地修改和測量這些網格。

先進的數學運算使得每一個網格都被充分優(yōu)化，每一個元素都是平滑和正交的。強大的動態(tài)邊界協調（DBC）技術，使得只需單擊一下鼠標，就可以自動把拓撲線框映射到高質量的分塊網格上。

3.1.5 Gridgen簡介

Gridgen是Pointwise公司的旗艦產品。Gridgen是專業(yè)的網格生成器，用于生成CFD網格和其他計算分析。它可以生成高精度的網格以使得分析結果更加準確，同時還可以分析并不完美的CAD模型，且不需要人工清理模型。

Gridgen可以生成多塊結構網格、非結構網格和混合網格，可以引進CAD的輸出文件作為網格生成基礎。生成的網格可以輸出十幾種常用商業(yè)流體軟件的數據格式，直接讓商業(yè)流體軟件使用。

對用戶自編的CFD軟件，可選用公開格式（Generic），如結構網格的PLOT3D格式和結構網格數據格式。Gridgen網格生成方法主要分為傳統(tǒng)法和各種新網格生成方法。傳統(tǒng)方法的思路是由線到面、由面到體的裝配式生成方法。

各種新網格生成法，如推進方式可以高速地由線推出面，由面推出體。另外還采用了轉動、平移、縮放、復制、投影等多種技術。可以說各種現代網格生成技術都能在Gridgen找到。Gridgen是在工程實際應用中發(fā)展起來的，實用可靠是其特點之一。