1、基本的多重block结构化网格4. Swept Ramp: 基本的多重block结构化网格（Johua in NWPU,2005-3-9）4.1 介绍教程讲述流场为swept ramp的简单的结构化网格的生成过程，网格有两个block。不要指望通过这个教程就会成为Gridgen专家或者网格生成专家。网格生成不是一个几小时就能掌握的。高质量的网格需要技巧和耐心，软件Gridgen能够尽可能的降低这两方面的要求。最好首先完成这个教程，再去尝试其他教程。因为其他教程涉及到高级的内容，而且假定读者已经理解了本教程的基本内容。4.2 涉及内容教程讲述的基本技巧为：1、 使用Add Segment 中的3
2、D Space Line命令生成connectors：设置了网格点的曲线段。 2、 使用Others Copy 命令复制以及平移connectors3、 使用命令 ReDistribute 重新设置网格点；4、 使用命令Assemble Edges 生成domains；5、 使用命令Run Solver Structured ，采用椭圆偏微分方法平滑domains以提高曲面网格的质量；6、 使用命令 Copy and Modify 加速网格生成过程；7、 使用命令AutoSave Face 生成blocks，这是volume grids；8、 椭圆PDE方法平滑blocks提高improve
3、volume grid 的质量；9、 使用命令Examine 可视的检查volume grid的质量；10、 使用命令Analysis S/W，设置边界条件。 4.4 几何体几何体如下图所示。几何体Swept Ramp，x方向为流动方向要生成的网格包含两个blocks，如下图所示。每个block内，一簇网格直线沿着流动方向，一簇沿着ramp直到远场边界far field boundary，一簇沿着z方向穿过ramp。用户可以任意选择block系统和网格拓扑结构，教程中的block系统只是其中之一。设计网格时同样要考虑CFD软件的要求。Swept Ramp的block系统现在开始网格生成，关键点
4、的名称和坐标如下所示。注意进行CFD计算，这些点是不够的。外边界应当远离ramp，这样才能边界条件对流动的影响。Ramps 标志坐标List of Swept Ramp CoordinatesLabelXYZa0.000.000.00b0.750.000.00c2.000.500.00d3.000.500.00e3.001.500.00f2.001.500.00g0.001.500.00h0.000.001.00i1.250.001.00j2.000.501.00k3.000.561.00l3.001.501.00m2.001.501.00n0.0012.501.004.5 开始启动Gridg
5、en后，首先选择进行CFD的软件类型，这样使得生成的网格与CFD软件保持一致。本文选用的是STAR-CD ，从菜单 MAIN MENU： 1. Analysis S/W2. Select Analysis S/W 3. 选择3D以及STAR-CD；4. Done；5. Done 选择按钮3D ，因为要生成3维网格。若要生成2维网格，选择按钮2D 。4.6 生成 Connectors 网格的最低级的基本单位是connector。Connectors 是由一个或多个曲线段相互连接而成，也即connector就是复合曲线。Segment是典型的曲线如直线或者二次曲线。connector 可由多个se
6、gments组成，如连接一条直线连接一个圆形再连接一条直线。Segments由给定的控制点通过插值生成。生成connector有三种方法：1. 定义外形； 2. 计算网格点数； 3. 分配网格点数； 第一个connector 是AG 。从坐标列表可见直线端点为a(0,0,0)和g(0,1.5,0)。 命令如下：1. Connectors 2. Create 3. Add Segment 4. 3D Space Line 5. Add CP via Keybrd 6. 0, 0, 0 7. Add CP via Keybrd 8. 0, 1.5, 0 9. Done - Save Segment
7、 现在完成了connector生成的三分之一（外形定义）。这个Connector外形包含一个segment (直线)。这个segment的控制点为(0,0,0)和(0,1.5,0)。若图像大小不合适，可以采用鼠标中键或者滚轮调整大小。生成Connector的第二步是设定网格点数。从上面的坐标图可见，垂直connector上需要分布21个网格点。设置方法为：1. ReDimension 2. From keybrd 3. 21 4. Done- ReDimension 最后一步是分配connector上的网格点。由于网格要用于粘性流动仿真，因此需要再ramp表面处加密。CFD软件和问题的特殊性决
8、定加密的程度。默认时，系统采用均匀间隔。下面设置第一个网格点到点A的距离为0.01：1. ReDistribute ；2. Begin. 3. 0.01 4. Done ReDistributing 5. Done - Save Connectors 6. Done Creating Conns 显示connector上的网格点的命令如下：1. Disp 2. Show Con GPs 3. Done 这样就完成了connector的生成过程。屏幕上每个绿点都是一个网格点。应有21个点，在ramp处加密，如下图所示：第一个Connector 的网格点加密注意Connector的颜色为浅绿色，说
9、明已经分布了一定数目的网格点数 (若为亮绿色，则说明没有分配网格点)。Connector的任何一端绿点为节点。Recall nodes 为connector的控制点。生成另外一条connector AB 的过程，如下所示：1. Create 2. Add Segment 3. 3D Space Line 现在处于segment drawing 模式。显示窗口显示：Connector Segments: 1 Connector Dimensions: 0 Cross Position: x = 0.0000000E+00 y = 1.5000000E+00 z = 0.0000000E+00 上
10、面信息说明光标位于点G。现在不用输入坐标的方法给出控制点，而用另外的方法。设置节点A为控制点，如下所示：1. 按下鼠标右键； 2. 上移鼠标，使光标向y轴负方向移动； 3. 移动鼠标右键到节点(0,0,0)； 4. 放开鼠标右键； 5. Add CP by Picking 若选择正确，浏览窗口会显示：Connector Segments: 1 Connector Dimensions: 0 Control Points: 1 Cross Position: x = 0.0000000E+00 y = 0.0000000E+00 z = 0.0000000E+00 Distance To Las
11、t Point: D = 0.0000000E+00 上面信息表明segment 只有一个控制点。若显示窗口显示错误信息： a point had not been picked，需要重复上述步骤直到控制点增加成功。第一个控制点加入后，控制点处会出现一个黄色小空矩形。同时光标处出现大的空白圆形。这是系统告诉用户包含选择控制点和当前光标位置的segment的长度为0。为了完成connector的外形定义，需要在点B处加入第二个控制点，如下所示：1. Add CP via Keybrd 2. 0.75, 0, 0 之后，浏览窗口显示：Connector Segments: 1 Connector
12、Dimensions: 0 Control Points: 2 Cross Position: x = 7.5000000E-01 y = 0.0000000E+00 z = 0.0000000E+00 Distance To Last Point: D = 0.0000000E+00 一旦定义了segment的外形，需要保存下来并设置connector的网格点数：1. Done - Save Segment 2. ReDimension 3. From keybrd 4. 15 5. Done- ReDimension 注意浏览窗口显示connector的设置信息：Connector Seg
13、ments: 1 Connector Dimensions: 15 最后，完成网格点的分配：1. ReDistribute 网格加密之前，查看窗口。找到大白圆圈即光标。注意几个菜单项与光标有关(菜单上有大的空白圆圈). 查看浏览窗口文字：Connector Segments: 1 Connector Dimensions: 15 SubConnector #1/1 info: Dimensions: 15 Spline: Linear on S Distribution: TANH beg s input: 0.0000E+00 s actual: 5.3571E-02 end s input
14、: 0.0000E+00 s actual: 5.3571E-02 - s(8) = 5.357143E-02 + s(8) = 5.357143E-02 Cursor Position: x = 3.7500000E-01 y = 0.0000000E+00 z = 0.0000000E+00 光标的坐标显示在浏览窗口的底部。沿着connector移动光标的方法是：1. 按下鼠标右键； 2. 东西方向移动鼠标，光标会沿着connector长度上移动。 两端调整网格点密度的方法为：1. Begin 2. 0.01 3. Ending 4. 0.01 注意每一个connector都一个绘制方向。
15、当前绘制的connector沿着x正方向。指令Begin 和Ending加密方向就是这个方向。教程后面会讨论，connector的方向与Gridgen的过程无关。用户也可以沿着x轴负方向绘制connector，这样不会影响网格生成以及前面完成的工作。下面保存connector：1. Done Redistributing 2. Done - Save Connectors 下一个connector为BC 。首先重新配置显示窗口左边的图像。使得connector BC能够可见。调整到左边：1. 按下鼠标左键 2. 鼠标向左移动，图像随之移动。 3. 图像到了窗口左边时，放开鼠标左键。 注意，按下
16、鼠标左键时光标变成四个箭头的形状。这说明用户在调整图形。生成新的connector：1. Add Segment 2. 3D Space Line 注意光标（小白十字）位于connector外形定义的最后一个控制点处。同时也是新的connector的一个控制点。定义segment外形：1. Add CP by Picking 2. Add CP via Keyboard 3. 2, 0.5, 0 4. Done - Save Segment 一旦显示窗口没有完全显示新的connector，使用调整与缩放控制重新调整图像。这个connector需要17个点。如下设置网格点，并分配网格点：1. R
17、eDimension 2. From keybrd 3. 17 4. Done - ReDimension 5. ReDistribute 确定ramp的加密方向：1. Begin . 注意信息窗口文字：Enter the S value at the beginning of the subconnector. Use -1 to copy from the adjacent subconnector, 0 to unconstrain the end. Default = 0.10000E-01 。输入-1，用户就可以选择另外一个connector，并复制其上的网格点间隔。这是一个快捷的方
18、法保证break point的任何一边都有相同的间隔。2. -1 3. 移动光标到希望复制间隔的connector的粉红色图像上； 4. 当光标移到时，粉红色将变化为橙红色； 5. 按下放开鼠标右键； 手掌形光标表明系统希望选择什么。候选项目为粉红色部分 (本例中connectors共有一个公共节点). 橙红色高亮显示说明光标下项目可以选择。按下放开鼠标右键选择这个connector。显示窗口的网格点的图像转换为新的加密形式。浏览窗口显示：Connector Segments: 1 Connector Dimensions: 17 SubConnector #1 info: Dimension
19、s: 17 Spline: Linear on S Distribution: TANH beg s input: 1.0000E-02 s actual: 1.0000E-02 end s input: 0.0000E+00 s actual: 3.1690E-01 s(14,15) = 1.85405E-01 Cursor Position: x = 1.375000E+00 y = 2.500000E-01 z = 0.000000E+00 上面信息说明设定的connector起点处的s为0.01。完成这个connectors：1. Ending. 2. 0.01 3. Done ReD
20、istributing 4. Done - Save Connectors 下面生成Connector CF ，如下操作：1. Add Segment 2. 3D Space Line 3. Add CP by Picking 4. Add CP via Keyboard 5. 2, 1.5, 0 6. Done - Save Segment 坐标图表明connector CF 正对connector AG 。结构化网格时，这意味着两个connector的网格点数相同。本例中的网格的两个connector同样适用同样的网格分布。如下操作：1. ReDimension 2. 利用鼠标移动光标到c
21、onnectorAG； 3. 当connector 橙红色高亮显示时，按下放开鼠标右键； 4. Done-ReDimension 5. Copy Values 6. Done - Save Connectors 这样就将AG的网格点数、分布约束（确定的加密、分布函数，等等）应用到CF上。下面绘制connector FG：1. Add Segment 2. 3D Space Line 3. Add CP by Picking 4.按下鼠标右键； 5. 移动光标到点G； 6. 放开鼠标右键； 7. Add CP by Picking 8. Done - Save Segment 9. ReDime
22、nsion 10. 移动光标到connector AB。按下放开鼠标右键； 11. 移动光标到connector BC。按下放开鼠标右键； 12. Done - ReDimension 13. Done - Dont Copy Dist 14. Done - Save Connectors 15. Done Creating Conns 16. Done 对于刚生成的connector FG，系统将自动设置connector FG上的网格点等于connector AB和BC之和，而网格点的分布情况只使用默认设置（均匀间隔）。如下图所示：Ramp的第一个Domain所有connectors显示过
23、多就会混乱，关闭connector显示：1. Disp ；2. Show Con GPs ；3. Done 4.7 生成 Domain曲面的网格就称为domains。由于要生成结构化网格，因此每个曲面网格要映射为IxJ点的四边形区域。对边网格数相同的重要性也在于此。同样，系统要求domain的每一条边，至少定义一条connector，这样每个交角处都有一个节点。这也是为什么不把包含6个控制点的ABCFGA 生成一个单独的connector的原因：这会导致交角处没有节点。生成一个domain的过程很简单，：指向构成domain周边的connectors。如下操作：1. Domains 2. Cr
24、eate 3. 选中Cell Type structured ； 4. Assemble Edges 系统现在要求选择一个connector。信息窗口显示这个信息。开始之前，查看下面浏览窗口：Ramp 网格生成时的浏览窗口上图说明生成的四边形计算网格的信息。这会帮助用户查看定义的四条边以及每条边上定义的网格点数。当加入connector去定义网格时，同时边的颜色也发生变化。因为网格由组成周边的闭合connector定义而成，用户必须进行两个选择，才能进行：1、闭环connector周边上起始并终止的节点，2、闭合connector的方向。这两个选择与最后生成的网格索引方向无关；它们只用于网格生
25、成的过程。对于教程中这个网格，从点A对应的节点开始，沿着逆时针方向进行。1. 移动光标到connectorAB； 2. 按下放开鼠标右键； 3. 把光标从connector上移开； 注意浏览窗口，显示用户在定义网格的第一条边，该边上有15个点。浏览窗口的黄色直线 (对应边线1)表示显示窗口中黄色connector对应的物理映射。不过，这个connector并不仅仅是边线1对应的connector。完成第一条边线，如下操作：1. 移动光标到conector BC； 2. 按下放开鼠标右键； 3. 从这个connector上移开光标； 留意浏览窗口中的信息。用户选择的两个connector组成了这
26、个domain的四条边中的一条。下面定义第二条边：1. Next Edge 注意浏览窗口显示用户 Defining the Second Edge . 继续：1. 移动光标到connector CF； 2. 按下放开鼠标右键； 3. 从connector上移开光标； 注意connector变成了红色对应于浏览窗口中的红色边线。定义第三条边：1. Next Edge 系统明确在结构化网格中，相对边上的网格点数必须相同。边线3与边线1相对，边线1定义了31个点，因此系统自动的给边线3分配31个点。同时边线3命名为connector FG，与边线2一端相连。同样的，系统将边线4唯一设成connect
27、or AG，这样就完成了网格构造，用无限插值方法生成了网格内部的点。如下图所示：完成周边后系统自动生成Ramp的网格查看浏览窗口，可知已经定义了曲面的周边，而且该周边被映射为计算域中一个31X21的四边形区域，即计算网格。同时，connector生成过程中，其上的网格点数已经设置好了，可以用于曲面网格的生成。保存前面的工作：1、Done ；2、Done ；3、Input/Output ；4、Gridgen Export ；5、输入. Name ；6、ramp ；7、Done 这样就导出了Gridgen文件ramp.gg (. gg 是默认扩展名)。这是主要文件，包含了几乎所有的从节点到bloc
28、ks以及显示信息。用户生成的每个网格都有一个Gridgen文件。这个文件导入了Gridgen后可以继续构造或者修改以前的工作。4.8 运行椭圆偏微分方程求解器上面网格生成过程中曾经提及，使用了代数方法（尤其是无限插值法）初始化网格。这样网格可能会由于扭曲或者加密问题，导致无法进行CFD计算。因此系统采用椭圆PDE方法光滑网格，调整网格的密集程度和正交程度。用户可以选择是否使用PDE改善网格质量。使用PDE方法的步骤如下：1. Domains 2. 运行Solver Structured 首先选择要进行改善的网格。可以从显示窗口选择，也可以浏览窗口的列表中选择。从浏览窗口选择网格的方法为：1.在
29、浏览窗口中移动光标到domain 1； 2.注意domain 1高亮显示为橙红色（表示可以选择）； 3.按下放开鼠标右键； 4. 注意domain 1 高亮为粉红色（表明已经选中）； 5. Done 6. Elliptic Slvr Run 这样椭圆PDE求解器在默认条件开始运行。每次迭代后网格重新绘制，可以看到网格质量得到提高。浏览窗口显示：Ellip PDE Solver - RUN Iteration #N Total Residual : nnn o Max Residual : nnn 上面信息表示，已经迭代的次数，整个网格PDE解的残差以及最大残差。显示窗口中代表最大残差位置的符号
30、显示出PDE解变化迅速的网格点位置。建议不要过于关注残差数值或者收敛速率。只要简单观察显示窗口中的网格，就可以确定光滑的程度。同样重要的是，系统不后自动停止求解器，需要用户来停止求解过程。默认条件下，光滑后的网格如下图所示：PDE求解器提高Ramp的网格质量当需要停止时，设置：1. Pause 下面详细介绍PDE设置选项：1. Set Solver Attribs 浏览窗口显示这个PDE属性的摘要信息：Domain Num 1 : 31 x 21 TFI: standard Shape: Free Relaxation : Optimal BG ConFun. : Thom.& Midd. s | Angle | type decay | type decay | base - interp 6 | ortho 6 | Hilg interp 6 | ortho 6 | Hilg interp 6 | ortho 6 | Hilg interp 6 | ortho 6 | Hilg Boundary Conditions : Fixed
