一、前言

Fluent支持多种网格类型：三角形、四边形、四面体、六面体、棱柱体(楔形)和多面体及非结构网格生成。

非结构网格比结构网格的截断误差大，因此，为提高计算精确度，应尽量使用结构网格，对于复杂几何，在近壁这些对流动影响较大的地方尽量使用结构网格。另外，多面体网格是另一种选择。

二、多面体网格优势：

具有多个数值特点：

1. 使用标准有限体积法离散时精度较高 
2. 与相邻网格之间的连接性非常好(连接性好的网格能大幅提高收敛性)

相同条件下网格数量与四面体相比更少，并且保证精度(由于单元数量减少，计算时占用的内存更少，求解更快) 
可在现有四面体网格或混合网格基础上生成局部多多面体网格，以提高整体网格质量

在曲率较大处，网格生成过程中可能会引入“多重”单元，转化过程中需要保留这些特征

● (rpsetvar 'polyhedra/conversion-feature-angle  alpha)

　　　　　　Alpha 是期望的特征角度

　　　　　　默认角度是30度

　　　　　　该转换会增加节点，面和单元数 (对内存的要求增加)

● 对四面体使用曲率细化阻止多重单元的生成

三、多面体网格-数值

数值扩散：六面体和多面体网格数值相当

四、中线位置处的温度分布

可见使用多面体和六面体网格时，温度分布近似且较稳定。四面体网格计算时温度出现波动。

五、多面体网格转换——最佳实践注意事项

使用较高质量的四面体/混合网格作为多面体网格的基础:

● 四面体和棱柱层单元能较好地转化为多面体单元, 六面体单元不会进行转化，而金字塔型的单元转化会导致生成的多面体单元质量较差

● 转化过程中可消除高度偏斜的四面体体网格，但近表面处质量较差的网格可能不能修复

● 高纵横比的棱柱边界层在转化过程中质量可能恶化

● 转化完成后检查网格质量. 可使用Mesh - Smooth/Swap 改进较差多面体网格的正交质量

转化完成后网格解析度变化

● 通常多面体网格会比原始网格的尺寸大30%-40%

确保原始网格细节特征处保持足够数量的网格至关重要

● 如果在间隙处使用四面体网格生成2-3个单元，在转化后可能只能得到1个多面体单元, 为了获得正确的梯度计，proximity algorithms 可能要求间隙处拥有4-5个单元

● 或者使用棱柱边界层控制间隙处的单元格数量

高纵横比的棱柱层单元在转化为多面体网格时质量不会提高

● 如果未使用 proximity sizing ，那么layer compression会导致高纵横比的棱柱层，可将默认的gap factor (0.5)减小以改进纵横比

将网格转换为多面体单元时需要更多的内存消耗，每转化百万四面体/棱柱单元大约需要1GB内存

Interior zones 在多面体转化过程中消失

● 如果需要后处理，那么应在转换为多面体网格之前先将interior zones 转换为walls 或使用TUI命令/mesh/polyhedra/
options/preserve- interior-zones ，这样在转换完成之后自动变为interior zones

当将整个计算域转化成多面体单元时

● 高纵横比的细化网格可能需要使用双精度才能转化成功

● 如果棱柱层高度扭曲，转化可能失败或质量较差

● 用户应尽可能将扭曲度保持在0.5 以下，可在Fluent Meshing中AutoNodeMove 面板下减小扭曲度(如图所示)

使用多面体网格求解时同样要求足够的内存

● 依据求解器的不同，每百万网格大约 2 – 4 Gb per 内存

并确保网格的数量足够解析相关物理量 (e.g. drag, lift, heat transfer, flow rates, etc.) ，即网格无关性

● 将计算域以更细化的四面体/混合网格重新划分，以得到转化后的期望数量的多面体网格

测试表明，在许多情况下，多面体网格尽管数量较少，但收敛更快并且精度较高

六、验证案例——NACA4412 研究

NACA4412 at 13.86° AOA and Re = 1.5e6

使用典型网格类型划分

　　● Block Hex
　　● Tet
　　● Poly
　　● CutCell

注：红色区域为边界层厚度

仿真结果与实验结果的对比(如下图)

通过仿真与实验的比较，可看到使用多面体网格划分时(相对于四面体和CutCell划分)，对于边界层的速度捕捉，与实验结果非常符合。

七、总结

网格质量的好坏对于CFD分析精度的影响至关重要。通常对于较为复杂的几何，可采用多种方法来进行网格划分，多面体的转化即为其中有效的方法之一。通过上述案例的展示，使用多面体在大量减小网格整体数量情况下，同时很好地保证了网格质量及收敛性。