结构化网格 — CAE用语解说

分类:用语集 | 2026-01-15
CAE visualization for structured grid - technical simulation diagram

结构化网格

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听说CFD中会区分使用"结构化网格"和"非结构化网格",结构化网格有什么优点呢?

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结构化网格是将六面体单元规则地排列的网格,可以通过i-j-k索引来确定每个单元。优点是精度高和计算效率高。如果单元与流向对齐,数值扩散最小化,而且内存访问规则,CPU缓存效率好。翼型周围的O型网格和H型网格是典型例子。

定义

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那为什么不全部使用结构化网格呢?

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因为很难适应复杂的形状啊。当试图在汽车车身或发动机进气口这样的复杂3D形状上生成结构化网格时,需要高超的工艺技术和大量的时间。即使使用多块结构化网格(将区域分割成多个块,在每个块内生成结构化网格),复杂形状也可能需要数周的时间。因此在工业CFD中,非结构化网格(四面体或多面体)成为了主流。

流体分析中的作用

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现在还有使用结构化网格的场景吗?

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当然有。涡轮机械(涡轮、压缩机)的叶列分析仍然以结构化网格为标准。可以精确分辨叶片表面边界层,而且叶片间的流路相对规则,结构化网格很适合。另外在DNS和LES研究中,通道流或管内流常常使用正交结构化网格。

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在结构化网格上进行Navier-Stokes方程的离散化具有很高的计算效率。

$$ \frac{\partial \mathbf{u}}{\partial t} + (\mathbf{u} \cdot \nabla)\mathbf{u} = -\frac{1}{\rho}\nabla p + \nu \nabla^2 \mathbf{u} $$

相关术语

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请教一下结构化网格的相关概念。

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理解与非结构化网格的比较和块分割的概念很重要。

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明白了,精度高但难以适应复杂形状,这样的权衡。理解了为什么涡轮机械分析要用结构化网格。

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最近,用Chimera(重叠网格)技术将多个结构化网格组合来适应复杂形状的方法也越来越多。这是同时实现结构化网格精度和灵活性的一个尝试。

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