ANSYS Fluent Meshing 是一款高級流體仿真前處理工具，具備從幾何到求解的完整工作流程。其前身是Tgrid非結構體網格生成工具，並在最近的幾個版本新增了Fluent風格的操作界面與幾何導入技術，目前已經成為ANSYS主推的流體前處理軟件。
圖1 ANSYS Fluent Meshing前處理工具
一、Fluent Meshing有哪些亮點
作為高級的網格劃分工具，如果沒有幾招“看家本例”來處理複雜的網格問題，那肯定是無法讓人信服的，也就不能體現自己“高級”的身份和定位。當然，Fluent Meshing具備多種強大穩定的網格處理技術，是一定不會讓大家失望的，下面就通過幾個典型的特色做以介紹。
1、超級“高效”的網格劃分速度
隨著計算機的發展，越來越多的流體仿真問題需要我們使用更為複雜與細緻的幾何，對應的網格數量也越來越大。目前，千萬級的網格已經成為大多數產品流體仿真工作的一個常用量級，為此，我們需要更快的網格劃分效率來支持工作的進度要求。
Fluent Meshing具備極為高效的體網格生成技術。測試案例顯示，在如下表所示的單機工作站上，Fluent Meshing生成5億四面體網格所需的時間僅有75分鐘，對應的網格文件（約29 Gb）輸出時間也不超過11分鐘。相比之下，其他流體工具在網格劃分的速度上，就遠遠的落在後面了。
圖2 ANSYS 流體網格劃分效率對比
實際上，對於相對複雜的幾何外形，Fluent Meshing生成1000萬體網格也只需2-3分鐘，而且穩定性好，內存利用率高，輸出文件速度快，是提升流體工程師工作效率的必備工具。
2、豐富的網格 “後”處理技術
作為一名Fluent流體工程師，可以說我們對*.msh（或*.cas）格式的網格文件是又愛又恨。愛它的原因自不用多說，它是Fluent求解器最常用的網格格式；恨他的原因也不在少數，尤其是當我們需要修改網格、但又不是自己劃分的時候。如果沒有Fluent Meshing，那麼我們拿這些*.msh格式的網格文件是沒有太多辦法的，想修改無從下手，劃分網格的原始幾何和文件也無法找到。
當然，隨著Fluent Meshing 的不斷更新與發展，這個問題已經得到了很好的解決。Fluent Meshing把*.msh作為可編輯的格式，而且是唯一的；同時，還可以對讀入的*.msh文件進行有針對性的修改，無論是六面體還是四面體，都能夠在符合條件的範圍內進行各種需求的處理。
常見的網格修改包括：
體網格質量（skewness）提升
局部加密
網格邊界位置調整
體網格的複製、縮放與旋轉
同名邊界的準確分離
對已有的體網格新增邊界層
多區域網格共節點拼接
…
圖3 為已有體網格新增邊界層
圖4 六面體網格與四面體網格的共節點拼接
當然，除了上面針對實際工中的一些常見需求之外，Fluent Meshing具備的其他高級技術（如診斷、改進、除錯等）也可以隨時應用在讀入的網格之中，這些和從幾何導入進行劃分的工作是沒有太多區別的。
3、基於“馬賽克”技術的Poly-Hexcore網格
在流體仿真中，六面體與四面體網格在仿真各個環節的爭論一直存在，但還是基本可以達成一個共識：那就是“六面體在求解過程中要優於四面體（雖然劃分更加困難）。”為此，Fluent工程師更希望在計算域中儘可能多的使用六面體網格，這樣既能有效減少網格數量，同時還有可能降低偽擴散帶來的影響。
Fluent Meshing在最新的版本中（2019 R1）新增了基於“馬賽克”技術的Poly-Hexcore體網格生成方法，能夠使六面體網格與多面體網格實現共節點連接（無interface面），而且不需要任何的額外手動網格設定（對比傳統六面體網格劃分），從而在保證工作完全自動化的狀態下，提升提網格中六面體的數量，以達到提升求解效率與精度的目的。
圖5 基於“馬賽克”技術的Poly-Hexcore體網格
同時，該馬賽克技術還支持邊界層網格的劃分，因此可以實現壁面附近的層狀Poly網格+過渡區域的純Poly網格+核心區域的六面體網格進行計算區域填充的狀態，從而進一步提升網格整體質量，並有效降低網格總體數量與求解時間。
圖6 帶邊界層的Poly-Hexcore體網格
當然，除了以上的亮點之外，Fluent Meshing也具備完整全面的前處理技術，如：保形網格重劃分、包裹技術、綜合診斷工具、網格間的布爾運算等等。這些也都是在實際的工作中非常便捷和常用的，限於篇幅的關係就不展開講解了。
二、為何Fluent Meshing如此低調
相信很多人都看過金庸先生的《天龍八部》，裡面有一個人物被大家稱為“掃地僧“。此人武功高強、為人低調、而且深藏不露，給讀者留下了深刻的印象。如果把（幾年前的）Fluent Meshing比作網格中的“武林高手”，那麼“掃地僧“則是最為恰當不過的角色了：既有強大的前處理功能，又低調內斂，不被大家所熟悉（當然，作為一款軟件太過低調可能也不是什麼好事）。
圖7 香港TVB電視劇《天龍八部》中的掃地僧
1、操作界面和工作流程有些“另類”
對於Fluent Meshing在R14.5之前的版本（包括更早的Tgrid版本）來講，幾乎只有個別的工程師才能夠熟練使用這個軟件進行網格劃分工作，原因很簡單，就是軟件的操作界面不是很“友好“。
在早期的版本中，很多功能鍵並沒有對應的圖標和GUI，只能通過鍵盤來進行相應的操作，這就要求工程師必須在學習軟件之前先把所有的快捷鍵背熟。顯然，這種設定使無法受到流體工程師們不會歡迎這樣一種奇怪的要求，於是紛紛跑去投奔其他的軟件（如Gambit 、ICEM等）的懷抱了。
圖8 “蹩腳”的Tgrid 操作界面
當然，隨著版本的更迭，Fluent Meshing的操作界面目前已經有了巨大的改善，對於當前的版本來講，不依靠快捷鍵的支持也可以完成整個工作流程。
圖9 繁瑣複雜的快捷鍵
除了界面的難以適應之外，Fluent Meshing進行前處理工作的流程也是相對“另類“一些的。不少工程師在初次接觸軟件的時候，發現連第一步“導入幾何”都難以完成，更別提後面的網格診斷、除錯、優化和體網格生成了。這也是之前版本中Fluent Meshing比較難的表現之一：缺乏統一明確的工作流程引導，需要用戶自行積累經驗才能在數目繁多的操作選項中找到自己所需要的功能。
為了解決這個問題，Fluent Meshing在最新的版本2019 R1中新增了導向式工作流，可以引導用戶按照規定的步驟完成前處理工作。
圖10 新版本中導向式工作流
2、難度大、門檻高導致用戶少、資料少
由於軟件的使用難度過大，各位民間的流體工程師又無法獲得官方的技術支持，因此能夠分享出來的軟件資料就少之又少；資料少又會造成後續工程師學習難度的進一步增大，從而導致用戶流失。最終，再不斷的惡性循環中，優質的軟件卻始終無法得到廣泛的應用，一直沉默在井底。當然，官方對Fluent Meshing軟件推廣的力度也是不夠的，尤其是在五年以前，那個時候ANSYS的最愛還是ICEM CFD。
3、可替代工具多
主流的Fluent 前處理工具主要包括Gambit 、ICEM CFD和 Workbench Meshing，這些軟件上手容易，資料多，功能也相對完善。有了這些軟件作為選擇，自然就沒什麼人去啃Tgrid這種“硬骨頭”了。
當然，還有Pointwise、Hypermesh、Ansa這些更為強大與全面的工具，他們也可以處理流體網格，能夠很好的被Fluent求解器所支持。這些也都是Fluent Meshing“為人低調”的原因之一。
圖11 Fluent的前處理工具合影
4、技術上的限制
Fluent Meshing雖然強大，但也不是萬能的。無法處理的問題主要包括以下幾種情況：
不能劃分貼體的純六面體（hex）網格
不能修改四邊形（quad）的表面網格
不能處理二維（2d）仿真的網格
不能處理已有的多面體（polyhedral 或cutcell）網格
而且，Fluent Meshing在很多操作之後不能撤銷，這也是技術上比較大的一個限制。
三、為什麼我們要會使用
1、與Fluent求解器契合度最高的前處理工具
單從名稱我們就可以發現，這款軟件就是與Fluent同出一脈的。而且，隨著版本的不斷更新，Fluent現在已經可以實現在單獨軟件界面下完成整個仿真流程的能力，這無疑極大的增加的仿真的工作效率。實際上，Fluent Meshing軟件所使用的多面體網格，也是能夠完美被Fluent求解器所支持的，目前也被證明是最為高效與準確的網格。
圖12 Fluent本身也可以進行多面體網格轉換
2、高效、穩定、靈活的技術
網格劃分過程是枯燥乏味的，經常讓人感到頭疼與煩躁，如果在發生軟件報錯，那麼幾乎就是觸碰到崩潰的邊緣了（相信大家都有早年間被Gambit報錯折磨的絕望經歷吧）。Fluent Meshing幾乎從不報錯（至少在18.2版本之前），穩定性遠遠超過ICEM CFD 和Workbench Meshing，可以有效減少這些意外給我們帶來的 “負能量”。同時，其高效靈活的技術組成，會給工程師們的“天馬行空”的發散思維提供強力的實踐支撐，讓網格劃分的過程成就感十足，也讓網格劃分工作不再無聊和枯燥。
3、流體工程師走向成熟的表現
作為一名流體仿真工程師，在和同行或著專家進行交流的時候，往往會被問道：“您用的前處理工具是什麼？”如果這個時候我們只能說用這些初級的網格工具，那麼肯定是自降身價的表現。此時，高級的網格劃分工具就成為了必不可少的“技術擔當”，能夠給工程師自身的定位提升一個檔次。
當然，從仿真的角度來看，任何軟件生成的網格都可以進行分析，Fluent Meshing並不是必須的；然而，這就好比任何汽車都可以代步一樣，很多的成功人士仍舊會選奔馳、奧迪這種豪車作為商談業務的座駕，這裡面更多的恐怕是代表著使用者的形象與身份。
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