Det er ikke ualmindeligt, at CFD-ingeniører forenkler komplekse former for at gøre meshing lettere. Selvom dette kan spare tid, går det ofte ud over præcisionen i deres simulationer, hvilket påvirker resultaternes nøjagtighed.
I løbet af årene har vi set betydelige bestræbelser på at udvikle algoritmer, der automatiserer mesh-generering og forbedrer nøjagtigheden samtidig med at man reducerer manuel indgriben. Tag for eksempel sundhedsudstyr som kunstige trikuspidalklapper – behovet for præcision her er afgørende, da menneskeliv står på spil. Automatiseret mesh-generering kan markant reducere tiden, der bruges på gentagne opgaver, hvilket er en fordel i så kritiske scenarier. Lad os finde ud af hvordan.
Hvorfor er mesh-generering så tidskrævende?
Forberedelse af CAD (geometri og CAD-oprydning) er den mest kedelige og tidskrævende del af CFD-processen, og udgør generelt 80% af den samlede tid brugt på en CFD-simulation.
Når ingeniører forbereder sig til en CFD-simulation, står de over for flere udfordringer:
1. Bevaring af geometri
At vedligeholde komplekse geometriers intrikate træk under meshing kan være vanskeligt på grund af behovet for geometrisk præcision. At sikre, at meshen nøjagtigt afspejler geometriens detaljer kræver ofte manuelle justeringer og forbedringer. Forenklinger eller tilnærmelser kan føre til unøjagtigheder i CFD-simulationerne.
2. Mesh-genering
At skabe høj kvalitet mesh til komplekse geometrier kræver omhyggelig overvejelse af cellestørrelse, form og forbindelse. Og manuel oprettelse af disse kan være både tidskrævende og utroligt kedeligt, især for store geometrier. Ingeniører bruger ofte en betydelig del af deres tid på bare mesh-generering.
3. Mesh-kvalitet og pålidelighed
At generere mesh, der nøjagtigt fanger strømningsfænomener som adskillelse, skærlag og stagnationspunkter, kræver godt strukturerede og høj kvalitet celler. At sikre disse kvaliteter kan være udfordrende på grund af den komplekse geometris indflydelse på meshens kvalitet.
Ingeniører kan blive nødt til at bruge yderligere tid på at forfine og optimere meshen for at opnå den ønskede kvalitet. Dårlig mesh-kvalitet kan føre til unøjagtige resultater og konvergensproblemer.
4. Mesh-tilpasning og forbedring
At bestemme hvor og hvordan man skal forfine meshen for at sikre nøjagtighed i simulationer, især i områder med komplekse strømningsmønstre, kan være udfordrende. Denne proces involverer identifikation af områder, der kræver forbedring baseret på løsningsfejl.
Den iterative karakter af mesh-tilpasning og forbedring, hvor meshen justeres baseret på simuleringsresultater, kan forlænge simuleringsopsætningstiden.
5. Bevægelige geometrier
At simulere scenarier, hvor geometrien ændrer sig over tid, som f.eks. bevægelige køretøjer eller roterende maskiner, kræver dynamiske mesh-genereringsløsninger, der tilpasser sig disse ændringer. Implementering af sådanne dynamiske mesh kan være teknisk udfordrende.
Fordelene og begrænsningerne ved manuel vs. automatiseret mesh-generering taler for sig selv:
Forhindringsbanen for mesh-generering
Mesh-generering er tilsvarende at skabe et præcist blåprint for en kompleks struktur, der sikrer stabilitet og nøjagtighed. Alligevel er det langt fra en simpel opgave. Lad os dykke ned i fem forskellige udfordringer inden for mesh-generering, som konfronterer enhver CFD-ingeniør. Disse forhindringer kræver omhyggelig overvejelse, men med de rette strategier kan de overvindes – vær ikke bekymret, vi vil vise dig hvordan.
Minimum brugererfaring
At skabe en fejlfri mesh har traditionelt været en kunst, der mestres over årene. Imidlertid tilbyder muligheden for software, der respekterer designgeometri og minimerer læringskurven, løftet om forbedret effektivitet og fleksibilitet.
Struktureret og ustrukturerede gitre
Valget mellem strukturerede og uregelmæssige gitter afhænger af kompleksiteten i den aktuelle geometri. Mens strukturerede gitter excellerer i effektivitet, kommer de ofte til kort, når de håndterer komplekse former. Uregelmæssig meshing træder til for at imødekomme denne udfordring.
Mesh-generering med høj opløsning
At opnå fremragende resultater inden for områder som bilkonstruktion kræver en omhyggelig tilgang. Dette indebærer at forfine meshen på kritiske områder, herunder grænser, vægge og områder uden for kroppen, for at fange komplekse strømningsfænomener.
Hurtig beregning og høj nøjagtighed
Traditionelle metoder til mesh-generering kan svigte i mødet med høje Reynolds-tal og komplekse hvirvler på grund af det enorme antal celler, der kræves. Mesh-generering af høj orden, kombineret med højtydende databehandling, præsenterer en potentiel løsning, dog med omkostningsovervejelser.
Håndtering af bevægelige mesh-modeller
I anvendelser som turbomaskiner, hvor væskeområder udvikler sig dynamisk, er opretholdelse af løsningskvalitet afgørende. Dette kræver implementering af bevægelige mesh-algoritmer for at følge med væskedynamikken.
Implementer automatiseret meshing succesfuldt med Pointwise
Det kan være meget nyttigt at have en visuel projektering af, hvordan din geometri skal meshes og diskretiseres, inden du kører nogen form for mesh-genereringsværktøj. Dette giver dig mulighed for at verificere alle indstillingerne for din mesh-opsætning uden at skulle køre noget. Og i visse områder vil et højt detaljeniveau have afgørende indflydelse på din CFD-simulation og dens pålidelighed.
Fordi i sidste ende ønsker du at sikre, at det, der er på din skærm, svarer så meget som muligt til det, der kommer til at ende op i din vindtunnel eller på din testbane.
En af de mest effektive måder at spare tid på og opretholde det højeste niveau af nøjagtighed og pålidelighed i dine resultater på er at have det hele under kontrol på den samme platform eller ‘arbejdsmiljø’ med mulighed for at gøre det fuldt automatiseret. På denne måde kan du problemfrit integrere det i din eksisterende arbejdsgang i henhold til dine behov.
Med Pointwise er der ingen kompromiser. Vores nuværende rekord har reduceret forberedelsestiden fra mere end tre uger til 1-2 dage.
Som du kan se, tilbyder Pointwise en pakke med indbyggede værktøjer, der er designet til at forenkle netdiskretiseringsprocessen for komplekse geometrier.
Lad os udforske nogle af dens vigtigste funktionaliteter:
1. Flashpoint: Automatisk overflade-meshing værktøj: Med minimal input krævet genererer Flashpoint automatisk overflademeshes. Dette værktøj er særligt praktisk, når du skal fange kompleks geometrisk kurvatur, som f.eks. forkanten af en flyvinge.
2. T-Rex: Anisotropisk nær-krop meshing værktøj: T-Rex specialiserer sig i nær-krop eller grænseflademeshing. Det excellerer i håndteringen af symmetrigrænser, skarpe kanter og tynde overflader. Det genererer lag af prismer og hexahedra for at løse strømninger nær væggen og justerer automatisk ekstruderende lag for at undgå sammenstød.
3. Voxels: Automatisk off-body overflade-meshing: Voxels tilbyder høj kvalitet og ensartede celler til meshing uden for kroppen. Dette værktøj fjerner voxels, der skærer geometrien, og excellerer både i intern og ekstern strømningsgeometri.
4. Mesh-tilpasning: Automatisk værktøj til forfining: Mesh Tilpasning forfiner mesh, hvor det er nødvendigt, baseret på estimater af strømningsløsningsfejl. Det er fantastisk til at opnå ensartet og højopløselig meshing, især i områder uden for kroppen.
5. Kurvet meshing i høj opløsning: Denne avancerede teknologi udnytter High-Performance Computing (HPC) til at generere meshes med færre elementer, høj nøjagtighed og reduceret hukommelsesforbrug. Det er en spilskifter for udfordrende scenarier som høje Reynolds-tal.
6. Overset Meshing: Egnet til anvendelser med bevægelige legemer, beregner overset meshing mesh-forbindelsen på ny for ændrende fluid baggrunde. Denne metode skinner i turbomaskineri og fanger effektivt fysikken af bevægelige legemer.
Lad os opsummere
Nøjagtig meshing er afgørende, da det påvirker talrige anvendelser med realverdens implikationer. Cadence Pointwises forskelligartede meshing-teknologier gør det velegnet til en bred vifte af domæner, fra turbomaskiner til medicinske anvendelser. Det tilbyder en fleksibel løsning til automatisering af komplekse netdiskretiseringsarbejdsgange uden at gå på kompromis med nøjagtigheden.
Med automatiseret meshing:
- strømliner du mesh-genereringsprocessen og reducerer markant den tid, der kræves for at oprette meshes.
- fanger du præcist detaljerne i kompleks geometri, hvilket sikrer, at kritiske træk, såsom forkanter eller komplekse former, bevares og resulterer i mere nøjagtige simulationer.
- sikrer du, at celler er velformede og fri for problemer som skævhed eller forvrængning, hvilket fører til mere pålidelige CFD-resultater og glattere konvergens.
- reducerer du læringskurven for mesh-generering, hvilket gør det muligt for dit team at integrere nye talenter hurtigere.
- identificerer du automatisk områder, der har brug for forfining baseret på løsningsfejl, hvilket sikrer, at beregningsressourcer bruges effektivt.
- reducerer du behovet for at gentage de samme meshing-processer for lignende tilfælde ved at oprette skabeloner eller scripts til at automatisere disse opgaver, hvilket sparer tid og reducerer risikoen for fejl.