3.2 3D幾何網格劃分

所有的3D網格劃分方法都要求組成的幾何為實體，若輸入的是由面體組成的幾何，則需要額外操作，將其轉換為3D實體，方可進行3D網格劃分，當然表面體仍可以使用表面網格劃分法來劃分。常見的3D網格基本形狀如圖3-3所示。

其中四面體為非結構化網格，六面體通常為結構化網格，棱錐為四面體和六面體之間的過渡網格，棱柱由四面體網格被拉伸時生成。四面體網格劃分在三維網格劃分中是最簡單的，因此本節將著重介紹四面體網格。

3.2.1 四面體網格的優缺點

四面體網格具有鮮明的優缺點。

● 優點：四面體網格可以施加于任何幾何體，可以快速、自動生成；在關鍵區域容易使用曲度和近似尺寸功能自動細化網格；可以使用膨脹細化實體邊界附近的網格（即邊界層識別），邊界層有助于面法向網格的細化，但在2D（表面網格）中仍是等向的；為捕捉一個方向的梯度，網格在所有的三個方向細化，即等向細化。

● 缺點：在近似網格密度的情況下，單元和節點數高于六面體網格；網格一般不可能在一個方向排列；由于幾何和單元性能的非均質性，故而不適合薄實體或環形體；在使用等向細化時，網格數量急劇上升。

3.2.2 四面體網格劃分時的常用參數

四面體網格劃分時常用的參數如下。

● 最大、最小尺寸。

● 面、體尺寸。

● 高級尺寸（Curvature and/or Proximity）。

● 增長比（對CFD逐步變化，避免突變）。

● 平滑（有助于獲取更加均勻尺寸的網格）。

● 統計學。

● Mesh Metrics。

3.2.3 四面體算法

在ANSYS Workbench網格劃分平臺下，有兩種算法可以生成四面體網格，而且這兩種算法均可用于CFD的邊界層識別。

1.Patch Conforming

首先利用幾何所有面和邊的Delaunay或Advancing Front表面網格劃分器生成表面網格，然后基于TGRID Tetra算法由表面網格生成體網格。

技巧提示

Patch Conforming算法包含膨脹因子的設定，用于控制四面體邊界尺寸的內部增長率，CFD的膨脹層或邊界層識別，可與體掃掠法混合使用產生一致的網格。

利用Patch Conforming生成四面體網格的操作步驟如下：

右擊Mesh，在彈出的快捷菜單中選擇Insert（插入）→Method（方法）命令，如圖3-4所示，或者選擇Mesh Control（網格控制）→Method（方法）命令，如圖3-5所示。

在網格參數設置欄中選擇Scope→Geometry選項，在圖形區域選擇應用該方法的體，單擊（應用）按鈕，如圖3-6所示。

將Definition欄的Method設置為Tetrahedrons，如圖3-7所示，將Algorithm設置為Patch Conforming，如圖3-8所示，即可使用Patch Conforming算法劃分四面體網格。

按照上面的步驟可以對不同的部分使用不同的方法。

技巧提示

2.Patch Independent

該算法用于生成體網格并映射到表面產生表面網格，如果沒有載荷、邊界條件或其他作用，則面和它們的邊界（邊和頂點）無須考慮。該算法是基于ICEM CFD Tetra的，Tetra部分具有膨脹應用。

Patch Independent四面體的操作步驟與Patch Conforming相同，只是在設置Algorithm時選擇Patch Independent即可。

技巧提示

3.2.4 四面體膨脹

四面體膨脹的基本設置包括膨脹選項、前處理和后處理膨脹算法等，具體將在后面的章節中介紹，這里不再贅述。