网格划分复杂的海洋几何形状从未如此简单！

随着海洋几何形状变得更加先进，与网格生成相关的复杂性也随之增加。网格划分的复杂性与多种因素有关，例如单元类型、单元结构、几何形状、拓扑、用户专业知识、应用程序和网格划分算法的选择。随着工程师需求的提高，商业网格划分软件必须处理日益复杂的网格划分配置。Cadence Fidelity CFD 平台提供各种针对前缘或钝边、自由表面、边界层、粘性层等的网格划分技术。这篇博文概述了一些网格划分策略，以简化复杂海洋几何形状的网格生成。

网格划分策略

体积比表面积

体到面 (V2S) 是一种强大的并行网格划分方法，适用于复杂的几何形状。它支持不干净的几何形状，例如具有相交或非共形表面的几何形状，并且不需要事先进行表面网格划分。Cadence V2S 网格划分技术可以生成全六角形和六角主导的非结构化网格。全六面体网格使用悬挂节点来保持一致的六面体结构，而六面体主导网格使用四面体连接不同尺寸的六面体部分，而不引入悬挂节点。

V2S 全六角网格。

表面积与体积

表面到体积 (S2V) 网格生成器是用于高质量表面网格和粘性层的容错网格生成器。因此，它需要相对干净的几何形状。它在表面上生成非结构化的四方主导网格以及完全四面体或六面体主导的体积网格。

S2V 六芯网。

两种网格划分方法均与求解器无关。此外，Cadence Fidelity 平台提供专用网格质量优化器，可以针对特定求解器调整网格。

表面细化

可选的表面和局部细化功能可以提高目标区域中网格的分辨率。网格均匀性、边缘接近度和局部曲率都是决定表面网格是否进一步细化的因素。

全局设置

当处理具有多个表面的复杂几何形状时，细化每个表面并检查表面边缘之间的接近度可能会很乏味。在这种情况下，全局设置有助于细化整个几何体。下图所示的船舶上层建筑的几何形状是使用 V2S 方法在 Fidelity CFD 平台上进行网格划分的。仅使用全局参数，未设置粒度。然而，建议在物理对设计至关重要的区域选择表面网格细化。  

全局设置用于优化渡轮的所有表面。

体积细化

体积细化对于海洋应用设计研究非常有用，特别是当细化针对某些体积（例如自由表面、致动器盘区域等）时。在处理封闭表面时，应保持最小单元数。用户可以定义表面之间的接近度以进行额外的体积细化。

在对螺旋桨产生的尾流进行建模时，会在执行器周围创建一个细化区域，由矩形框表示，如下图所示。矩形区域之外的区域是自由表面，也进行了一定程度的细化，但细化程度不同。

细化区域由螺旋桨周围的矩形框（顶部）表示，网格在细化区域内及其周围生成（底部）。

粘性层插入的灵活性

在 Fidelity CFD 平台中生成网格时，存在三种粘性层插入技术，如下：

1. 膨胀：该技术将欧拉单元推离固体边界以插入粘性层。插入的粘性层保持了良好的相邻体积比。然而，这些层是不规则的，可能不符合用户定义的高度。

使用 Inflation 插入粘性层。

2. 挤压：这里，靠近固体边界的欧拉单元被修剪以插入粘性层并重新连接到远场。该技术可产生理想高度的粘性层和完美的远场网格。然而，重新连接层通常由各种细胞类型组成，并且第一个粘性层开始时完全垂直于壁。

使用挤出插入粘性层。

3. 分裂：这里，粘性层插入得非常快，并且是通过分裂第一个缓冲单元来完成的。因此，该方法仅用于极其复杂的几何形状。此方法不能保证相邻体积比得以维持。

使用分裂的粘性层插入。

尽管粘性层插入技术存在局限性，但仍可确保粘性层 100% 覆盖整个几何形状。

各向异性细化

 V2S网格划分方法主要用于自由表面或大气边界层的各向异性细化。细化是在各向异性远场网格的网格生成过程结束时进行的。

S2V 网格划分可为前缘和钝边生成各向异性表面网格，并生成高质量的粘性层。这种网格划分方法可以大大减少细胞计数（与各向同性细胞相比），同时保留表面捕获。此外，使用 S2V 生成的结构化网格非常适合预测空化。S2V中的挤出技术确保粘性层具有平滑的分布，达到最大高度，并保证第一粘性层完全垂直于墙壁。

使用 S2V 网格划分方法在水翼的钝边上生成结构化网格。

流求解器中的自适应网格细化

在设计新产品时，很难预先预测流场并确定哪些地方需要网格单元。因此，在没有先验知识的情况下，过分辨率对于获得高质量网格来说非常重要，通常会导致大量的计算和内存开销。

为了克服这个问题，自适应网格细化 (AMR) 在模拟过程中调整网格，确保仅在需要的地方使用网格单元。该方法仅用一小部分细胞即可捕获所有相关物理现象。因此，模拟的完成速度可以提高 2 倍或更多，特别是对于不稳定流。Fidelity Fine Marine 流动求解器中的自适应网格细化技术可以解决各种前所未有的条件，并动态调整网格以求解所涉及的物理场。  

高速船自由液面变形。