SnappyHexMesh（之四）面贴合参数

Posted 2021-10-06 希望先生

转载：知乎大神 中国空气动力研究与发展中心 力学博士 刘云楚 的文章

5.3.2面贴合参数

面贴合参数在snapControls中设置，主要目的是将体网格节点移动到几何表面上，贴合体网格中锯齿状表面（如下图面贴合效果展示）。参数功能包含：控制体网格贴合到几何面上的迭代次数nSolveIter、捕捉面特征距离tolerance等，详细参数解析见下文。面贴合执行步骤如下图所示：

 从以上网格表面贴合步骤可以看出，软件优先保证网格达到最低质量标准，其次才考虑网格的贴体性。

命令输入示例如下：

snapControls

{

nSmoothPatch 5;

nSmoothInternal 5;

tolerance 2.0;

nSolveIter 30;

nRelaxIter 5;

nFeatureSnapIter 10;

implicitFeatureSnap false;

explicitFeatureSnap true;

multiRegionFeatureSnap false;

…

}

捕捉点最大相对距离tolerance

该参数指定贴合算法中捕捉与特征面相关网格节点的最大相对距离，实际捕捉距离为tolerance参数值乘以相邻体网格尺寸。参数值必须大于或等于1，如果值太低，则可能无法使偏差较大的网格节点移动到几何表面上。较高的值有助于增加几何的捕捉范围，但如果参数值设置过高，则有可能捕捉到与表面无关的网格节点。建议值为2-5之间。

相同加密等级下，不同捕捉距离生成网格效果如下所示：

 

 

 

网格贴合最大迭代次数nSolveIter

该参数指定了网格贴合算法的最大迭代次数。较高的值会提高网格的质量，网格一致性更好，但网格划分时间会更长。简单模型可以将该参数值设置为100，若贴合后网格质量不太理想，可尝试将该参数值增加到300。

面平滑迭代次数nSmoothPatch

该参数指定了表面上网格贴合的平滑迭代次数。增加迭代次数可以使曲面上网格平滑、贴合性更好，且能降低曲面上网格的歪斜率（如下图所示），但可能导致曲率突变特征（如直角等）弱化。

参数值设置为0，表示保留初始网格外形。建议值为5。

体网格平滑迭代次数nSmoothInternal

在snappyHexMesh网格细化过程中，snappyHexMesh采用八叉树法细化网格。在不同细化等级网格间，软件采用多面体网格过渡。初始的多面体网格将产生30度以上的非正交性。通过使用内部网格平滑处理的迭代，以减小细化过渡区域多面体网格的非正交性（如下图中红框标识部分）。

在执行网格平滑迭代时，边界面网格平滑迭代nSmoothPatch将与内部体网格平滑迭代nSmoothInternal联合使用。平滑迭代顺序为优先执行一次面平滑迭代（nSmoothPatch），再执行一次体网格平滑迭代（nSmoothInterna），以此循环。若用户设置nSmoothInternal参数值大于nSmoothPatch值时，平滑迭代次数统一采用nSmoothPatch参数值。默认值为零，表示禁用体网格平滑迭代。使用此功能时，建议参数值与面平滑迭代（nSmoothPatch）参数值一致。

贴合松弛迭代次数nRelaxIter

该参数指定贴合过程中松弛迭代次数，用以消除质量较差的单元或网格节点。如果迭代完成后网格仍存在质量较差单元，则用户可以尝试增加此迭代次数，较高的值将确保更好的网格质量，但会花费更多计算时间。建议值为5-8之间。

特征捕捉方法

在表面贴合步骤中，需保证网格节点捕捉到几何特征。通常表面贴合过程中，点只需沿垂直于表面的方向捕捉特征。但在边缘的位置捕捉方式更复杂，需要更多的迭代次数。SnappyHexMesh提供了两种特征捕捉方法，显示（explicitFeatureSnap）与隐式（implicitFeatureSnap）特征捕捉。用户通过输入true或者false值，来开启或者关闭此功能。

其中显示特征捕捉方法需要用户自定义特征边文件（.eMesh），并且指定特征边的细化等级（通过castellatedMeshControls子字典中features参数指定）。软件根据用户设置的参数对特征边进行细化，以提升用户关注几何特征边的捕捉成功率。

隐式方法不需要用户提取几何特征边，其特征识别自动化程度优于显示特征捕捉方法。它使用全局细化参数中resolveFeatureAngle参数识别曲面几何特征（例如：面的相交线、曲率变化较大的曲面特征）。但在尖角特征或者挡板界面处，显示方法捕捉特征效果优于隐式方法。

现通过以下案例来展示两种捕捉方式的区别，将方盒模型顶面改为带较高曲率变化的曲面（如下图几何模型展示），其用户自定义几何特征线（.eMesh文件）如下图所示。

特征边捕捉迭代次数nFeatureSnapIter

该参数指定了特征捕捉迭代次数，以将网格点捕捉到表面边缘。如果在nFeatureSnaplter迭代后局部特征区域网格没有达到足够的质量标准，则取消该区域特征边捕捉并恢复到之前状态。未指定该参数，特征捕捉功能将被禁用。建议参数值为10。

面拆分迭代nFaceSplitInterval

当系统执行完特征边捕捉迭代步骤后，若网格边缘与特征边未完全对齐，则有可能在特征边处网格产生凹面。从而导致在添加边界层时，其投影体网格的非正交性增大。如果体网格不满足质量要求，则取消该处边界层生成。用户可以尝试使用nFaceSplitInterval参数优化对齐特征边处网格。需注意该迭代为间隔若想进一步提高边界层覆盖率，可在addLayerControls字典中配合使用layerTerminationAngle和detectExtrusionIsland参数。

nFaceSplitInterval参数默认值为-1（禁用），使用建议参数值设置为特征边捕捉迭代（nFeatureSnaplter）次数的一半。

多域特征捕捉multiRegionFeatureSnap

该参数用于捕捉多域网格间的特征面，这对于具有多个区域（例如流体区域和固体区域）的网格进行共轭传热模拟或类似操作很重要。该参数生效的前置条件为采用显示特征捕捉方法explicitFeatureSnap。使用该参数时，它会加强特征面两边网格贴合，即内部区域和外部区域，这可能会导致特征面处网格歪斜率上升。用户通过输入参数值true或者false，来开启或者关闭此功能。