掌握一款专业网格生成工具的必要性

目前CFD仿真的主流依然是有限体积法，网格划分依然是CFD应用中难以避免的环节。虽然近些年出现了一些宣称使用无网格方法（如LBM、SPH等）的CFD软件，但在实际的工程应用中，有限体积法在CFD仿真领域依然占据着绝对的统治地位，而且在短期内并没有替代方案。各种无网格方法虽然在仿真过程中无需花费大量的人工时间来进行几何前处理和网格生成，但却存在着诸如计算精度不高，或计算结果依赖于虚拟网格从而导致计算量暴涨的情况，目前并未在工程中得到广泛的应用，至于未来会怎样，这谁也说不清楚。但目前工程中的CFD应用，网格生成工作依然难以避免。

目前主流的商业CFD软件（如STAR CCM+、Fluent等）中基本都内置了网格生成模块，这些商用软件也在努力追求几何-网格-仿真计算-后处理全流程仿真管理，而且这些软件中的网格生成功能也非常强大，同时也能够与求解器之间达到最大的兼容。

那为何还要单独去掌握一款网格生成工具？主要基于以下原因：

1. 网格划分实际上存在两个阶段：几何处理与网格生成。在这两个阶段中，对于复杂的工程模型，几何处理工作花费的时间往往远大于网格生成时间。个人真实经验，以前处理过几个工程仿真模型，甲方直接提交过来的是CAD几何模型，几十万个零部件的那种装配模型，什么螺钉螺母密封圈垫片一应俱全，而且几乎找不到没有圆角的边线，光是删除这些散碎的小零件都花了好几天。这些都是小问题，更多的问题是几何装配导致的缝隙和干涉、曲面丢失和面重叠、狭缝和尖角等，处理起来太考验人的情绪了。这时候一款强大的几何处理工具就非常有必要了。商业CFD软件中的几何处理能力有时就显得不太够了。如ANSYS中的SpaceClaim、STAR CCM+中的3D-CAD，处理不太复杂的模型时效率也挺高，但是当模型过于复杂时，性能问题就会显现出来，各种卡顿会让人崩溃。而专业的网格生成工具通常会强化几何处理功能，它们多以面操作代替CAD系统中常见的体操作，对内存的需求量会大大降低。同时它们往往配备了强大的几何交互功能（如几何特征组织、几何显示与隐藏、几何选择等），这些辅助功能对于提高几何处理效率非常有帮助。
2. 网格划分过程中，几何与网格通常需要联动操作。就是说，在网格生成过程中，经常需要穿插对几何模型的操作，而不是一开始就把几何处理得明明白白的，然后网格划分的过程中只是进行网格生成。这一块ANSYS的网格工具做得是最差的，几何与网格生成几乎是完全独立且序列操作的，如果在Fluent Meshing中想要修改几何，大概率是要返回到SpaceClaim之类的几何模块中进行操作的，这显然是极为不便的。其实STAR CCM+也没好到哪里去，只不过它的几何处理与网格生成都在同一个软件中完成，不用在不同软件中来回切换，比ANSYS要方便一点，但也无法做到在网格生成过程中实现几何模型与网格的实时交互。而像ANSA和HyperMesh之类的专用网格生成工具则不同，它们可以实现在几何与网格融为一体，在任何时刻修改几何或网格。
3. 网格生成过程中，网格质量是主要目标。常规的网格生成模块（如Fluent Meshing、STAR CCM+）一般是将网格质量当作网格划分结果的评价指标，当网格划分完毕后，查看网格质量，然后对不满足质量的网格进行处理。而专业的网格生成工具（如ANSA、HyperMesh等），则是将网格质量当作是网格生成过程的约束条件，在网格生成过程中，直接利用网格质量控制网格的生成。显然这种处理方式更有利于生成高质量的网格。
4. 跨软件多物理场仿真。这年头，利用多个软件实现多物理场仿真越来越流行了，如CFD软件与Abaqus耦合做流固耦合，CFD与Actran耦合做气动噪声，在应用的过程中，经常需要在不同的软件中各自生成网格。但如果使用专业网格工具，则可以同时生成并输出双方的网格，可以省不少事儿。

但话说回来，网格工具的学习成本远比CFD求解器更高。尤其是几何处理过程，通常都是见招拆招，没有好的操作流程可供参考。软件操作效率严重依赖于个人的日常练习。因此，如果空余时间比较多，可以尝试上手一款专业的网格工具，如果没有时间，那就别折腾了。

（完）