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ANSYS CFD的那些前处理工具

内容纲要

ANSYS中用于CFD前处理的工具众多,几何处理有DM和SCDM,网格生成有ANSYS Meshing、ICEM CFD与Fluent Meshing。

简单聊聊个人对这些模块的感觉。

1、ANSYS Design Modeler(DM)

后面简称DM,属于ANSYS Workbench的原生模块,妥妥的亲儿子,从Workbench1.0版本就一直存在。不过个人感觉自从ANSYS收购了SpaceClaim之后,DM越来越不受待见了(已经连续好多年没有功能更新了)。不过从功能上来讲,DM作为一款几何前处理软件功能还是齐全的,另外其还能集成叶轮机械处理功能,与VISTA模块勾搭的比较紧密,对于做叶轮机械来说,还是不错的几何处理软件。

DM的操作习惯与常规的CAD特征建模软件相同,也支持市面上绝大多数CAD格式的输入输出,能够满足大多数工程应用需求。不过也正因为其基于特征建模思路,导致在几何处理方面不够快捷(只是相比较SCDM而言),对于超大模型的处理有点儿力不从心(曾经尝试读入一个800多M的x_t文件,128G内存的电脑当场被卡翘辫子了)。

DM只能处理几何,其没有网格生成功能。

对于新手来讲,DM的操作习惯还是极为友好的,毕竟与主流CAD软件操作习惯相仿。

2、ANSYS SpaceClaim(SCDM)

这货的名字经常改来改去,早期叫SpaceClaim,中间有几个版本叫SCDM,现在最新几个版本又改回SpaceClaim,奇奇怪怪的搞法。不是ANSYS亲生的,不过受宠程度超过亲生,最近几个版本的ANSYS在SCDM的基础上大做文章,搞出一堆新的模块,像什么AIM、Discovery之类的。

SpaceClaim师出名门,江湖传言其同父异母的大哥为CAD界大名鼎鼎的PRO/E,在被ANSYS收购之前,SCDM一直作为一款独立的CAD软件在开发,因此其CAD功能还是非常齐全的。ANSYS收购SCDM后,在其中添加了大量与仿真相关的前处理功能,使得其更适合进行仿真计算前处理,这其中包括一些几何修复、计算区域提取等功能,在最近的几何版本,甚至添加了网格生成功能。

SCDM的操作习惯与DM不同,其并非采用参数化特征建模方式,而是使用直接建模,所有的几何操作全部通过鼠标拖拽来完成。在对仿真模型前处理过程中,这种操作方式无疑会极大地提高工作效率。不过最近的几个版本也添加了一些参数功能,可能是考虑到几何创建的需求,毕竟一些非规则曲面的几何创建,没有参数还是挺麻烦的。

SCDM中的网格生成功能在最近的几个版本中得到了大大的增强,现在不仅可以替换一大部分ICEM CFD的分块结构网格功能,还能直接生成非结构网格,而且能够实现网格随几何同步更新,这对于需要经常修改几何的仿真计算,实在是太香了。

SCDM基于实体建模,在实体建模方面,SCDM基本上没有啥缺点,不过在曲面建模和曲面编辑上,功能略显欠缺。虽然SCDM可以将实体拆解成曲面进行编辑,但操作过程总感觉不够丝滑,也许在后期版本会逐渐完善吧。

SCDM具有丰富的输入输出接口,能够导入导出市面上绝大多数几何文件格式。

不同于DM的十年不更新,SCDM的更新非常频繁,几乎每一个ANSYS大版本都会更新一大堆的功能。

如果要在DM和SCDM中挑选一款作为前处理工具,强烈推荐使用SCDM。

3、ANSYS Meshing

ANSYS Meshing也是ANSYS的亲儿子,其随Workbench一起闯荡江湖。ANSYS Meshing负责为ANSYS Workbench中的大多数求解器输出网格,地位斐然。在最近的几个ANSYS版本中,ANSYS Meshing的操作界面发生了非常大的变化。

ANSYS Meshing只能进行网格生成,不具备几何操作能力,因此在网格生成过程中如果发现存在几何问题,就只能返回到DM或SCDM中进行操作了,这其实也造成了ANSYS Meshing的操作过程不丝滑,ANSYS Workbench的各模块打开慢的要死,十多年也没见性能改进。

在网格生成方面,ANSYS Meshing的功能比较齐全,能够生成大多数常规的网格类型(三角形、四边形、四面体、六面体、三棱柱、五面体网格),配合ANSYS官方插件可以生成多面体(不过这个插件官方商店现在找不到了,我这里只有支持18.2版本的老插件)。

在最近的版本中,ANSYS Meshing增加了网格编辑功能,能够对低质量网格进行手工编辑。

ANSYS Meshing的操作方式比较简单,操作逻辑也很清晰,很适合新手入门使用。不过ANSYS Meshing目前似乎不支持并行生成网格,在生成大量网格时超级慢。虽然软件里面有个设置CPU数量的参数,但我试过那个参数设置成多少都没啥效果,资源管理器里面只有一个CPU在干活,目前不清楚是参数设置的原因还是软件本身的原因。

个人觉得ANSYS Meshing比较适合中等以下规模的网格生成。

4、ICEM CFD

ICEM CFD也不是ANSYS亲生的,不过在被收编的头几年,ANSYS还是花了大力气对其进行推广的。毕竟在收购ICEM CFD之后,ANSYS又接连收购了CFX和Fluent,且又放弃了CFX的前处理工具cfx-build,抛弃了Gambit,那年头ANSYS Meshing又还没有完全成长起来,TGrid又是一副丑不拉几的尊荣难用得要死,ANSYS CFD系列迫切需要一款能打的前处理工具,于是ICEM CFD就被推到了前台。不过随着ANSYS Meshing的功能逐渐完善,TGrid摇身一变成了Fluent Meshing,ICEM CFD的地位越来越不妙。ICEM CFD似乎十几年没有更新功能了。

作为一款前处理软件,ICEM CFD的功能还是比较全面的,从几何处理到网格生成都能胜任。不同于DM和SCDM的基于实体建模,ICEM CFD基于曲面建模,因此在几何处理方面更加非常灵活,也更强大。ICEM CFD也支持完善的几何导入功能,能够导入绝大多数市面上主流的CAD文件格式。

ICEM CFD能够支持除多面体以外的其他所有网格类型,而且其在分块结构网格生成方面具有优势。因此如果对分块结构网格情有独钟的话,ICEM CFD还是非常不错的选择。

不过也因为长时间的停止更新,ICEM CFD正逐渐落后于主流网格生成。ICEM CFD不支持并行网格生成(虽然有选项设置CPU数量,但没有啥用),不支持多面体网格,不支持Fluent Meshing最近几个版本鼓吹的马赛克网格。而且ICEM CFD的分块网格功能也正在逐渐被SCDM替代。

再过几年,谁还能想到,十多年前,ICEM CFD也是ANSYS CFD系列的小甜甜呢。

5、Fluent Meshing

这货现在已经成了Fluent的御用前处理了,谁又能想到,其实二十年前它就已经是Fluent的御用前处理了呢。ANSYS将Tgrid进行深度改造,打造出一个与Fluent无缝集成的网格生成工具,而且在最近几个版本中推出了watertight工作流程,的确是让tgrid脱胎换骨,不然就原来tgrid那狗都嫌弃的gui界面和毫无逻辑的操作流程,大概也就开发者能捏着鼻子用吧。

Fluent Meshing提供了三套操作流程:outline流程、watertight流程以及FMT流程。outline流程就是那个毫无逻辑的操作流程,适合高端用户。watertight和fmt流程是ANSYS打造的新流程,非常适合工程应用。尤其是watertight流程配合SCDM,简直就是绝配。

Fluent Meshing能够支持所有Fluent支持的网格形式,且支持并行网格生成,非常适合于大规模网格生成,256G内存可以很轻松生成几千万网格。

Fluent Meshing不能生成二维网格,也不能做分块结构网格。目前最新版本可以支持Multizone网格,也算是支持扫掠网格了。


总体上来讲,这些前后处理工具各有千秋,任意搭配一两款即可应付绝大多数的工程问题了。

我个人还是比较推荐使用SCDM+Fluent Meshing组合,利用SCDM处理几何,对于二维模型和简单的三维模型,可以直接在SCDM中生成网格,而对于复杂的三维几何模型,则可以在Fluent Meshing中生成网格,它们和Fluent Solution都是可以无缝连接的。

如果做流固耦合,则很有必要掌握ANSYS Meshing。

如果对分块网格有执念,去耍ICEM CFD吧,不过我还是建议直接SCDM,虽然SCDM做分块网格没有ICEM CFD那么多。

如果要做旋转机械建模,可以试试DM。

幼儿园小朋友才做选择呢,成年人一般选择全都用,想用哪个用哪个,哪个用着顺手就用哪个~


(完)

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道

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