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Fluent中的网格结构及其数据标识与索引

发布时间:2025-01-23 03:13:17

Fluent所采用的数值方法主要是有限体积法。有限体积法是CFD软件实现根本功能的关键,用于求解质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程所组成的偏微分方程组。在流动与传热问题求解中,所需的主要变量(如速度及温度等)可以表示成特定的形式。通过对空间中任意有限大小的控制体V进行积分,我们可以发现左侧的对流项与右侧的扩散项均可以写作散度形式。使用散度定理(Gauss降维定律),对积分进行降维,我们可以得到更易于处理的方程组。由于控制方程变量众多且非线性强,采用有限体积法可以更容易地对方程组进行离散与求解处理,因此大多数求解器(如Fluent、star CCM+及openFOAM等)均采用有限体积法作为数值求解的方案。

在Fluent中,网格结构分为2D网格与3D网格。2D网格包含cell、face、node及cell center,而3D网格则包含cell、face、edge、node及cell center。网格节点集合称为node thread、网格面集合称为face thread、网格面集合称为cell thread,而计算域中网格节点+网格面+网格面的集合称之为domain。在进入Fluent求解器时,不同命名的实体会被分配不同的ID,这些ID中的nodes、faces及cells分别组成了node thread、face thread、cell thread。

在Fluent中,cell、face及node均有相应的标识方法。cell的标识依靠整型数据类型:cell_t,face的标识依靠整型数据类型:face_t,而node的标识则与数据索引配合特定面中节点遍历宏进行实现。尽管Fluent中node并没有单独的数据结构进行直接标识,但求解器仍然提供了标识与索引的手段。

Domain是一种结构体数据类型,用于存储与网格中node thread、face thread和cell thread相关的数据。对于单相应用,只有单一的域结构;对于多相模型,每个相和混合相都有域结构。Thread是一种结构体数据类型,用于存储group of cells或group of faces所共有的数据。在Thread数据类型中,有一个指针数组(storage),每个指针指向一个cell数组或face数组中特定场变量。为了标识特定场变量数组的指针,Fluent提供了一个单独的索引类型Svar。

在理解网格结构与数据结构时,帮助文档通常采用相同的英文单词(如domain、thread等)。虽然数据结构的搭建是以网格结构为基础进行,但在理解时应将网格结构与数据结构分开看待,这可能有助于对UDF代码的理解。

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