2. Hálógenerálás
2.1.ábra A numerikus cella elemei: csomópontok (kék), hálóvonalak (fekete), az egyik határfelület (sraffozott narancs), cellaközéppont (narancs).
A 2.1.ábrán a háló néhány alapösszetevője látható egyetlen elem esetében. A csomópontokat X,Y,Z koordinátáikkal, az elemek oldalfelületeit pedig felületen található csomópontok sorszámával adhatók meg. Ezeket az információkat a hálógeneráló program az outputként létrehozott hálófájlban (*.msh) tárolja. A cellákat és cellacentrumokat a megoldó a hálófájl beolvasását követően építi fel a csomópontok és felületek alapján. FLUENT megoldó esetében a hálóvonalak a csomópontokat összekötő egyenes szakaszok, az elemek oldalai a csomópont által meghatározott határfelületek.
A FLUENT rendszer minden mezőváltozónak pontosan egy diszkrét értékét tárolja a cellák középpontjának megfelelő pozíciókhoz; ezek a diszkretizációval nyert egyenletrendszer ismeretlenjei. A mezőváltozók felületi és csomóponti értékeit, amennyiben szükségesek, a cellaközépponti értékekből interpolálja a megoldó.
Lehetséges geometriai modellek
· 2D tengelyszimmetrikus
· 2D tengelyszimmetrikus, perdületes
· 2D síkáramlás
· 3D áramlás
A tengelyszimmetrikus modellek esetében mindig az x tengelyt tekintjük forgástengelynek. A cellákhoz rendelt térfogat a cellafelület x tengely körüli forgatásával előálló toroid térfogata. 2D tengelyszimmetrikus, perdületes modellek esetében a FLUENT három sebességösszetevőt határoz meg, melyek két geometriai koordinátától függhetnek.
Kétdimenziós síkáramlás esetében is értelmezett a cellák térfogata. Ilyen esetben a tartomány „z” irányú mérete mindig 1 m.
2.2.ábra Egyszerű elemtípusok
Alaptípusoknak tekinthetők kétdimenzióban a tisztán háromszögelemekből, vagy tisztán négyszögelemekből álló hálók, háromdimenzióban pedig a tetraéder, hexaéder, illetve prizma (háromszög alapú hasáb) hálótípusok. Egyes hálózási módszerek zónánként, eltérő alaptípusokból un. hibrid hálót hoznak létre. 3D modell esetében a piramis elemeket csak négyszög hálóval felbontott felület és térfogati tetra elemek közötti átmeneti rétegben alkalmaz az ANSYS hálógenerálója.
A FLUENT rendszer a 2.2.ábrán látható egyszerű elemeken kívül, 6-nál nagyobb oldalszámú (poliéder) elemeket is megenged. Poliéder elemek többféle módon létrejöhetnek:
· Adaptálással (2. fejezet későbbi pontján részletezve);
· Duális háló készítésével (2. fejezet későbbi pontján részletezve);
· Nem-konform interfészek összekapcsolásával (3. fejezetben kifejtve).
Általában nem az egyenközű numerikus háló szolgáltatja a leghatékonyabb numerikus megoldást. A numerikus hibák egyenletes eloszlására kell törekedni, ezért ott kell finomabb felbontás, ahol várhatóan gyorsan változik a megoldás. A 2.3.ábrán az áramlási tér olyan pontjai láthatók, ahol nagy gradiensek jelenlétére számítani kell.
2.3.ábra Hálósűrítést igénylő pontok
· Ha az áramlás követi a felület görbületeit, akkor görbületi középpont felé haladva a nyomás és sebesség gyorsan változik.
· Hézagokban legalább 4 cellasor alkalmazása szükséges a sebességprofil megfelelő közelítéséhez.
· A fali határrétegben a sebesség rohamosan változik. A fal melletti cellasorban általában falüggvényt (ld. 4. fejezet) használ használunk. E cellák mérete erősen befolyásolja a számítás eredményét.
· Nyírórétegekben a sebesség és a turbulens jellemzők a rétegre merőlegesen rohamosan változnak, továbbá az elején a réteg irányában haladva is.
Új alkalmazási területeken, amíg elegendő modellezési tapasztalat nem áll rendelkezésre, ajánlatos próbahálózást végezni, majd az első futási eredmények tükrében továbbfejleszteni a hálót.
A sűrítést igénylő részek lehetnek pontszerűek, vonalszerűek, vagy rétegszerűek. Az elemtípust és a sűrítés módszerét ettől függően kell megválasztani, figyelembe véve a sűrítés anizotrópiáját.
A negatív nyomáscsúcsok jelenléte miatt sűrítésre lehet szükség a szilárd felületek erősen görbült részeinél főként, ha az áramlás követi a szilárd test vonalát (azaz nem válik le a határréteg). Ezt a szempontot az ANSYS hálógeneráló szoftvere automatikusan is képes figyelembe venni (Advanced Sizing Function).
Az átlagos hálómérethez képes szűk hézagok esetében általában azt szeretnénk elérni, hogy a modell pontosan szolgáltassa a hézagon átáramló térfogatáram értékét, mely a globális áramképet jelentősen befolyásolhatja. Ilyen réseket találunk például áramlástechnikai gépekben a lapátok és a ház között: a lapátrésben átáramló folyadék leválasztja a határréteget a lapát szívott oldalán ezzel jelentősen módosítva a gép hatásfokát és jelleggörbéjét. Amennyiben a résben turbulens áramlás is kialakulhat, célszerű legalább 4 réteg cellát alkalmazni, lamináris áramlás esetében akár 3 réteg is elegendő lehet a résáram megfelelő pontosságú számításához.
Turbulens áramlásban a fal melletti cellákban a leíró egyenletek közelítése helyett félempirikus kiegészítő modellek alkalmazása szokásos, – ld. falfüggvények a „Turbulencia” c. fejezetben – ezért például 4 cellaréteg esetében a tényleges numerikus módszer csak 2 rétegben működik.
Az áramlási sebesség a falon, a fal sebességével tekinthető azonosnak (tapadás törvénye). A zavartalan áramlás és a fal közötti határréteg vastagságát az áramlásra jellemző Reynold-szám határozza meg: Re növekedtével a sebességváltozás egyre rohamosabb a falnál. Turbulens falfüggvények alkalmazása esetében a falfüggvény fajtája határozza meg a fa melletti cella falra merőleges maximális (továbbá esetleg minimális) méretét.
A falra merőleges irányú sűrítést a fenti példában prizmatikus elemekkel értük el. E hálótípus előnyeit: az anizotróp (csak falra merőleges irányú) sűrítés és a háló áramvonalasításának lehetőségeit a továbbiakban részletezzük.
Nyírórétegnek tekintjük azokat a rétegeket az áramlási térben, ahol a sebesség réteggel párhuzamos komponense jelentősen eltér a réteg két oldalán. Nyíróréteg leggyakrabban a határréteg leválásával jöhet létre, pl. tompa testek mögött. A fali hálóhoz hasonlóan a nyírórétegek is anizotróp sűrítést igényelnek, továbbá áramlás irányú sűrítés is szükséges a nyíróréteg elején, a turbulens jellemzők gyors változása miatt. Meg kell jegyeznünk, hogy a nyírórétegek egyedi felbontására bonyolult geometriájú gyakorlati esetekben (például egy városrész épületei körüli külső áramlás vagy egy gépjármű motorház belső áramlásának modellezésekor) nincs lehetőség, ilyenkor egyenletes sűrű hálót szokás létrehozni a szilárd testek tágabb környezetében.
A fluxusok numerikus közelítésének pontosságát (rendjét) az határozza meg, hogy a megoldás diszkrét közelítésének hibája a cellaközéppontok közötti távolság hányadik hatványával arányos. Magasabb rendű sémák alkalmazása esetén a háló sűrítésével a hibák gyorsabban csökkennek feltéve, hogy a háló kellő mértékben „ortogonális”, továbbá a hálóméret kevéssé változik a szomszédos cellák között, tehát a háló eléggé „sima”.
Az alábbi jellemzők alapján szoktuk a háló minőségét értékelni:
2.4.ábra Torzultság (balra) és hirtelen méretugrás (jobbra)
1. Ortogonalitás (Ortogonality):
A szomszédos cellák középpontját összekötő szakasznak a felületi normálissal bezárt szöge.
2. Torzultság (Skewness):
Az elem belső szögeitől függő mennyiség: szabályos sokszög elemek esetében 0, ha valamelyik belső szög sokkal kisebb a többinél, akkor a skewness értéke 1-hez tart.
3. Simaság (hirtelen méretváltozás):
A szomszédos cellák méretének aránya.
Akár egy háromszög háló is lehet a fenti értelemben ortogonális. Ilyenkor a felülettel határos cellákban tárolt mezőváltozók különbségét a középpontok távolságával osztva pontosan számítható a konduktív fluxus felületre merőleges komponense, mely éppen a cellafelületi integrálok számításához szükséges komponens.
A háló ortogonalitásának fenti mértéke nem cellát, hanem cellapárt vagy cellafelületet jellemez, ezért nehezen kiértékelhető és megjeleníthető. Emiatt a gyakorlatban a háló torzulását legtöbbször a skewness paraméterrel értékeljük. A megengedhető legmagasabb értékek hexa elemek esetén 0.85, tetra elemek esetén 0.95.
2.5.ábra A hálóminőség ellenőrzése ANSYS Mesher rendszerben
A háló minőségére vonatkozó elemzéseket az ANSYS Meshing hálógeneráló programban a háló paraméterlapján a „Statistics” paraméterek között a „Mesh Metric” kiválasztásával végezhetjük. Az egyes minőségi osztályokba tartozó elemeket a diagram oszlopaira kattintva jeleníthetjük meg. A kritikus cellák alakjából és helyéből általában sejthető a probléma oka is.
A háló torzulásának okai lehetnek a helytelen hálóstruktúra (hexa elemek alkalmazása esetén), a hálóméret gyors változása, rövid élek vagy hegyes felületek jelenléte a geometriában, továbbá a szűk rések vagy erősen tagolt geometriai modellek viszonylag durva hálóval történő felbontása. Egyes esetekben a cellák torzulása csak egy-két pontban jelentkezik. Ilyenkor célszerű megpróbálkozni a hálóméretek kismértékű megváltoztatásával. Szükség lehet a geometriai modell egyszerűsítése is (CAD Clean-up) melynek lehetséges módjait a későbbiekben részletezzük.
A hirtelen méretváltozás problémája falak és nyírórétegek hálózásakor szinte minden esetben fellép. Ha a cellák magassága hirtelen változik, akkor a numerikus sémák elmélet pontossága nem valósul meg (pl. Second Order Upwinding módszer esetén a diszkretizációs hiba nem csökken az elemméret négyzetével arányosan), ezért törekedni kell a cellánként 30%-nál kisebb méretnövekedésre. Tolerálható legnagyobb méretnövekedés: 100%. Kompromisszumot kell keresnünk a háló simasága és a háló elemszámának csökkentése között.
A diszkretizációs hiba egy fontos formája a fals diffúzió:
A 2.6.ábrán látható példában egy passzív megmaradó mennyiség (pl. egy kis koncentrációjú szennyező) transzportját vizsgáljuk a hálóvonalakhoz képest ferde irányban, a transzportegyenlet megoldásával, állandó áramlási sebesség és 0 értékű vezetési tényező feltételezésével. A pontos megoldás egy éles kontúrokkal rendelkező piros csík lenne kék mezőben.
2.6.ábra A fals diffúzió megjelenése különböző súrúségű numerikus hálókon. A 2D modelltartomány mérete balról jobbra haladva (mindkét sorban): 10x10, 20x20, 40x40, 80x80.
A kezdeti háló felbontását egymást követően háromszor megduplázzuk. A kék, zöld és piros színek 0%, 50%, és 100% értéket jelentenek. Látható, hogy a First Order Upwinding módszer alkalmazása esetén a csóva elfogadhatatlan mértékben elmosódik. Ez a numerikus diffúzió okozza általában a térbeli diszkretizálásból eredő legjelentősebb hibát. A numerikus diffúzió mértéke jelentősen meghaladhatja a leíró egyenletekben foglalt fizikai diffúzió mértékét. Hasonló probléma merül fel minden transzportegyenletben, ezért a numerikus modellek túlbecsülik a viszkozitás és a hővezetés intenzitását is. Second Order Upwinding séma alkalmazásával a hiba igen nagymértékben csökkenthető.
Ha a fenti példában a csóva vízszintes irányú lett volna, akkor a numerikus diffúzió egyáltalán nem lépett volna fel még First Order Upwinding sáma alkalmazása esetén sem, tehát áramvonalasított hálóval is hatékonyan küzdhetünk a fals diffúzió ellen. Ehhez prizmatikus, vagy hexaéder elemekből álló hálót kell létrehozni, melynek cellahatárfelületei áramlás irányában rendezett módon, csak áramlással párhuzamosan és áramlásra merőleges irányban helyezkedjenek el. Fontos lehet a háló áramvonalasítása lekerekített testek esetében, ahol a határréteg leválásának helyét – így a test ellenállását is – a határréteg által közvetített csúsztatófeszültség határozza meg, mivel ez utóbbi jellemző érzékeny a fals diffúzió okozta viszkozitási hibára.
A fals diffúzió kiküszöbölésére tehát az alábbi módszereket alkalmazhatjuk:
· Second Order Upwindinget vagy más, nagy nagyobb formális pontosságú fluxus séma alkalmazása és a háló sűrítése;
· A háló áramvonalasítása (pl. fali határrétegekben és szabad nyírórétegekben).
A numerikus fluxus sémák sajátosságaival kapcsolatban ajánlható alapvető szakirodalmi forrás: [Hirsch, 1988].
2.7.ábra Fali hálósűrítés. Elvi elrendezés a cellaközéppontokkal (balra), ennek megvalósulása a gyakorlatban (jobbra)
· Prizmatikus réteg (hexa vagy wedge elemek);
· A fali cellasor igen lapos (legalább a logaritmikus fali rétegig lemegy, azaz y+<300);
· Legalább 3 (inkább 5) réteg;
· Fokozatos méretnövekedés (max. 50% cellasoronként);
· Sima átmenet a belső tér hálójába.
Inflációs rétegek beillesztésére az ANSYS hálózójában speciális eszköz található.
Az inflációs réteg elemei – a fali háló típusától függően – prizma vagy hexa elemek lehetnek. A inflációs réteg méreteit megadhatjuk a rétegek számával, a növekedési rátával, továbbá vagy a fali réteg magasságával, vagy a teljes inflációs réteg magasságával, vagy a belső hálóba való sima átmenet előírásával.
Akkor áll fenn a sima átmenet a belső tér hálójába, ha az inflációs réteg legfelső celláinak középpontja ugyanakkora távolságra van az inflációs réteg határától, mint a belső (2.7.ábrán látható példában háromszög) háló legalsó elemeinek középpontja.
Nem mindig tudják a hálózó programok folytonossá tenni az inflációs réteget a határfelület éles sarkainál, továbbá problémát okozhat az inflációs réteg kialakításában, ha a háló túlságosan durva a geometriai modell tagoltságához képest. Ilyen esetben a háló sűrítésével vagy geometriai modell egyszerűsítésével segíthetjük a hálógeneráló program munkáját.
2.8.ábra Egy belső bordázattal rendelkező hőcserélő cső CFD elemzéséhez készítet, blokk-struktúrált háló [Hernádi, 2015]
· Általános esetben (kb. 30-50%-al) kevesebb cellával érhető el azonos pontosság, jó minőségű háló esetén.
· Anizotróp (egyirányú) sűrítés lehetséges: határrétegek, nyírórétegek, rések hálózhatók.
· Áramvonalasított hálók készíthetők.
· Többirányú sűrítéshez bonyolult háló topológiát kell felépíteni. Blokkstruktúrált hálót célszerű, készíteni: ICEM CFD hálózó javasolható. Ez különösen fontos pl. ventilátorok, szivattyúk, repülőgépek modellezése esetén.
Struktúrált háló alatt azt értjük, ha a háló tégla topológiával rendelkezik, azaz cellasorokra, oszlopokra és rétegekre bontható. Blokkstruktúrált háló esetében ez az egyes blokkokra igaz. A térfogati háló sűrűsége az egyes blokkok éleinek alkalmas felosztásával szabályozható.
Sajnos jó minőségű hexa háló ma még bonyolultabb geometriák esetében nem készíthető automatikus módszerekkel. A tartomány alkalmas feldarabolásáról a felhasználónak kell gondoskodnia, ami meglehetősen idő- és munkaigényes. Főként az okoz nehézséget, hogy a szomszédos blokkok határfelületein a felosztásnak egyezni kell. Megéri az erőfeszítést, ha nagy pontosság elérése a cél, ugyanis ezzel a hálózási módszerrel áramvonalasíthatjuk a hálót és az irányonkénti (anizotróp) hálósűrítéssel lényegesen nagyobb felbontást érhetünk el adott cellaszám mellett.
Blokkstruktúrált hálók esetében a felbontás O-blokkok beszúrásával szabályozható finoman. Az O-blokkok záródhatnak önmagukba a tartomány belsejében, vagy akár kifuthatnak a tartomány határára (nyitott O-blokk). Ezekre alkalmazására láthatunk példát a 2.8.ábrán, ahol a bordázat irányába sűrűsödő hálót egy zárt és két nyitott O-blokk beiktatásával sikerült kialakítani. Minden O-blokk tetszőleges számú rétegre felbontható, így egy újabb sűrítési paramétert vezet be.
2.9.ábra Egy uszoda külső és belső légáramlásának vizsgálatára alkalmazott hibrid háló: tetra alapháló hexa magokkal
· Háromirányú sűrítés egyszerűen végezhető, azonban egyirányú sűrítés nem lehetséges. (Háló torzulást okoz.)
· Hexa hálóval jól összekapcsolható, kivéve, ha lapos hexa cellákat kell körbevenni vele.
· Igen jó automatikus módszerek vannak rá, amelyek prizmatikus inflációs réteggekkel (pl. fali határréteg hálóval) is képesek kombinálni az alaphálót.
· Adaptáláskor kevésbé nő a cellaszám mint hexa cellák esetében.
A tetraéder elemekből álló (tetra) háló fő előnye, hogy elkészítése lényegesen kevesebb manuális munkát igényel, emellett a háló sűrűsége méretfüggvényekkel egyszerűen szabályozható.
A tetra háló jobb adaptálhatósága (azaz a megoldáshoz igazodó, utólagos lokális sűríthetősége) és cellatorzulásra való viszonylagos érzéketlensége deformálódó mozgóhálós modellek készítését is lehetővé teszi komplex mozgást végző testek körül.
A tetra hálók hátránya, hogy viszonylag izotróp felbontást igényelnek, ezért például nem tudjuk kihasználni, hogy egy csatornaáramlásban a mezőváltozók a csatorna tengelye irányában sokkal lassabban változnak, így ebben az irányban sokkal durvább felbontás is elegendő lenne. Ugyancsak korlátozást jelent, hogy a jelenleg elérhető hálózó eszközökkel a tetra hálókat nem tudjuk áramvonalasítani.
Tetra hálóból a 2.10.ábrán látható poliéder hálót alakíthatunk ki FLUENT-ben a Mesh/Polyhedra menüpont alkalmazásával. Az átalakítás eredményeként a cellaközéppontok és a csomópontok szerepet cserélnek.
2.10.ábra Tetraéder cellákból képezett duális (poliéder) háló
· Patch Conforming hálózó használata célszerű, a Patch Independent módszerrel torzult poliéderek keletkeznek.
· Zónálisan is alkalmazható.
· A cellaszám kb. 60%-al csökken, a felületek száma azonban nem csökken, ezért közel azonos a műveletigény iterációs lépésenként, viszont sokkal kevesebb iterációs lépés kell (gyorsabb konvergencia).
· Igen torz tetra hálóból is jó minőségű poliéder háló állítható elő: a torzulás kiküszöbölésének hatékony módszere.
· Az effektív térbeli felbontás számottevően csökken, azonban a memória igény nem csökken jelentősen, ezért leginkább lokálisan célszerű alkalmazni.
FLUENT rendszer Adapt menüpontjában elérhető parancs segítségével helyileg sűríthetjük a hálót, akár a megoldás sajátosságainak figyelemebe vételével is, ily módon a háló képes a megoldáshoz alkalmazkodni. A művelet során az eredeti cellák középpontjába elhelyezett új csomópont felhasználásával a cella több – hexa elemek esetében nyolc – részre bomlik. Az átalakítást jellemzően csak a tartomány kisebb részén alkalmazzuk. A 2.11.ábrán látható példában a sűrítés három egymást követő lépésben történt.
2.11.ábra Egy olajtranszformátor durva modellezése adaptált hálóval
ANSYS-FLUENT-ben az adaptálás visszafordítható, tehát az utólag beiktatott extra csomópontok eltávolításával vissza lehet állítani az eredeti hálót. Az adaptálás nem csak a felhasználó által megadott térrészekben végezhető, hanem megadhatunk összetett adaptálási kritériumokat is, például a mezőváltozók gradiensére vonatkozó határokat, ezért a háló időben változó megoldáshoz is alkalmazkodhat, például mozgó nyíróréteghez vagy lökéshullámhoz.
Hátrányai, hogy túl nagy (100%-os) ugrást hoz létre a cellaméretben, ezért egy jó minőségben elkészített hálóhoz képest növeli a diszkretizációs hibát, és annak becslését is megnehezíti.
2.12.ábra Hálózási módszerek ANSYS mesherben
1. Sweep: A forrásfelület (Source Face) hálóját „extrudálja” a tartományba.
2. Multi zone: Hasonló Sweep módszerhez, de annál összetettebb testeket is tud hálózni. Automatikus módon, blokkstruktúrált hálót próbál előállítani a megadott térrészben.
3. Hex dominant: Kívülről befelé parkettáz. A térrész közepén beiktat néhány tertra cellát is, melyek gyakran rossz minőségűek.
4. Patch Conforming tetra: A felületről kiindulva befelé növeszti a tetra hálót.
5. Patch Independent tetra: Szabályos kocka hálóból készít tetra hálót, majd a felület közelében besűríti. Geometriai hibákra érzéketlen.
6. Cut-cell: Adaptívan sűrített hexa hálót készít. A felület közelében a hexa elemeket elvágja. Az Assembly Meshing módszerek között található.
A hálózási módszert ANSYS Meshing programban Method Control beszúrásával szabályozhatjuk. Egyes térfogatokra (testekre) előírhatjuk a megfelelő egyedi hálózási módszert.
Viszonylag egyszerű alakú térrészek esetében blokkstruktúrált hálót a geometria alkalmas feldarabolását követően sweep módszerrel lehet létrehozni. Ilyen esetben az élek sűrítési módjának megadásával (Edge Sizing) alakíthatjuk ki a kívánt térfogati hálót. Ha egy összetett geometriai modell esetében blokkstruktúrált háló előállítására van szükség – például áramlástechnikai gépek vagy egy repülőgép vizsgálata esetén – az ICEM hálózó használata javasolható az ANSYS Meshing program helyett.
Több test hálózása esetén az ANSYS Meshing program először a Sweep és Multi Zone módszerrel hálózható testekkel kezdi. Az többi térrész esetében a Patch Conforming tetra háló az alapértelmezett. A testek különállóan is hálózhatók, így a hálózás sorrendjét is meghatározhatja a felhasználó.
A Patch Conforming és a Pach Independent tetra hálózók közül az utóbbi robusztusabban működik, annak köszönhetően, hogy az azonos peremfeltételi zónához (Named Selection) tartozó felületek közötti határvonalakra ez a módszer nincs tekintettel. E tulajdonságának köszönhetően a kontúrfelület élei általában nem határozott élként, hanem kissé töredezett formában jelennek meg a numerikus hálón.
A mérnöki gyakorlatban sok esetben szükséges rövid idő alatt összetett rendszerekre vonatkozó eredményt produkálni. Erre adnak megoldást az automatikus Assembly Meshing (öszeállítás hálózó) módszerek, melyek – figyelembe véve a felhasználó által előírt sűrítési sémákat és inflációs rétegeket – általában elfogadható minőségű hálót képesek létrehozni. Megjegyzendő, hogy az automatikus hálózó módszerek jellemzően jóval nagyobb cellaszám alkalmazásával képesek azonos pontosságot biztosítani, mint a szakszerűen optimalizált hálók, ezért a manuális munka csökkenése mellett a szimulációs kapacitásigény növekedésével is számolni kell. Assembly Meshing alkalmazása esetén nem használhatunk testenként eltérő hálózási módszert, csak két, globálisan alkalmazott módszer közül választhatunk:
A. Cut-Cell
B. Tetrahedrons (Patch Comforming)
Jó minőségű háló előállítása érdekében egy CAD rendszerben elkészített, összetett geometriai modellen a következő előkészítő lépések végrehajtására lehet szükség:
a) A geometriai modell alkalmas elmetszése a hálózás megkönnyítésére. Pl. Sweep módszerrel hálózható tartományok létrehozása.
b) Rövid élek, keskeny felületek kiszűrése hálózáskor:
· Model/Insert Virtual Topology
· Mesh/Pinch (globális)
· Mesh/Insert Pinch (lokális)
c) Hálóméret szabályzása:
· Mesh/Sizing (globális)
· Mesh/Insert Sizing (lokális)
d) Inflációs réteg (felületre merőleges sűrítés) létrehozása:
· Mesh/Inflation (globális)
· Mesh/Insert Inlaltion (lokális)
Sok esetben célszerű a geometriai modell előkészítésekor (Design Modeller-ben) olyan metszéseket alkalmazni, melyek a tartomány minél nagyobb részében hengerszerű, eltolási szimmetriával rendelkező testeket hoz létre. Ezek a térrészek Sweep vagy Multi Zone módszerrel hálózhatók, a tartomány többi részén pedig valamelyik tetra hálózó vagy Hex Dominant hálózó módszer használható.
Összetett geometriai modellek esetében előnyös lehet kialakítani egy egyszerű geometriával rendelkező (hexa) magot a tartomány belsejében, melyet – a 2.9.ábrán látható módon – kívülről tetra háló vesz közrül. A határfelület közelében jellemző geometriai részletekhez az automatikusan generált tetra háló könnyebben tud alkalmazkodni. Az így elkészített háló szilárd falak mentén a háló prizmatikus réteggel is kiegészíthető.
A rövid élek és keskeny felületek jelenléte torzult cellákat eredményez. A geometriai modellből célszerű eltávolítani minden olyan részletet, amely a cellák méreténél kisebb.
Virtuális topológia alkalmazása esetén a felhasználó manuálisan összeolvaszthat egyes határfelületeket és éleket. A Pinch eszköz az egyszerűsítéseket egy megadott minimális méret figyelembevételével a hálón végzi el.
A háló méretét (felbontását) előírhatunk térfogatokra, felületekre, élekre vagy pontokra. A méret lokális előírását az alapháló (globális) méretéhez képesti sűrítésre szokás alkalmazni. Pont körüli sűrítéshez megadható a befolyásolt tartomány (Sphere of Influence) sugara. Élek méretezése esetében a felbontás változhat az él mentén: sűrűsödhet bármelyik végpont, vagy az él középpontja felé.
Inflációs zóna létrehozásakor ki kell választanunk a testet és azon határfelületeit, ahol inflációs réteget kívánunk elhelyezni. Célszerű elkerülni, hogy az inflációs réteg a hálózott térrész belsejében érjen véget, tehát törekednünk arra, hogy az réteg vége a határfelületre essen, vagy a prizmatikus réteg önmagába zárójon.
Szintén a hálózás előkészítéseként szokás (Named Selection-ként kijelölve) nevesíteni a geometriai modell egyes testeit, egyes határfelületeket és belső felületeket. A nevesített zónákon később térfogati forrásokat, peremfeltételeket vagy belső szakadási feltételeket alakíthatunk ki, továbbá felhasználhatjuk azokat az eredmények kiértékelésekor. A nevesített felületek kontúrélet a Patch Independent tetra hálózó és az Assembly hálózó módszerek is figyelembe veszik, azokra háló csomópontokat helyeznek, egyéb élek esetében ez nem szükségszerű.
Kellemetlen hibákhoz vezethet a felületek utólagos, hálótopológiát is érintő módosítása, ha már megkezdtük a modellezést FLUENT-ben, mivel a FLUENT a peremfeltételi beállításokat konkrét azonosítóval rendelkező peremfeltételi zónákhoz rendeli hozzá, mely azonosítók ilyenkor megváltoznak. E probléma elkerülésére a peremfeltételi zónák módosítását követően célszerű a Workbench-ben a Setup objektumra jobb gombbal, majd a Reset menüpontra kattintva törölhetjük a FLUENT műveleti adatait a modelladatbázisból. Ilyenkor a FLUENT-ben végzett beállításokat meg kell ismételni. Nem szükséges ezt elvégezni, amennyiben a módosítások csak geometriai paramétereket érintik, azonban a háló topológiája változatlan marad. Ilyen esetben, a megoldó a korábbi beállításoknak megfelelően, automatikusan képes ismételni az elemzést.
A deformálódó hálók lehetővé teszik folyadék-szilárd kölcsönhatás (FSI) modellek felépítését az áramlástani megoldó és valamilyen mechanikai megoldó összekapcsolásával. Merevtest-szerű mozgás – például forgó szeleptest vagy egy szabadon zuhanó test – modellezéséhez az ANSYS-FLUENT beépített megoldóval (Six Degree of Freedom Solver, 6DOF) rendelkezik, összetettebb problémák – például szívbillentyű vagy lengő hídszerkezet [Szabó, ????] – modellezése a FLUENT és az ANSYS mechanikai megoldó Workbench-ben történő összekapcsolásával lehetséges. Kapcsolt modellekben az áramlástani megoldó a határfelületi erőket, a mechanikai megoldó pedig a felület elmozdulást szolgáltatja.
A háló mozgatása idő-függvényében megadott módon változó áramlási terek, például belsőégésű motor, vagy a 2.13.ábrán látható víztároló modellezését is tehetővé teszik.
2.13.ábra Egy ivóvíz tároló medence modellezése mozgó hálóval. A és B: numerikus háló; lentebb: a vízszint napszakos változása.
Deformálódó tartományt a perempontok sebességének előírásával adhatunk meg. A belső csomópontok mozgatását a FLUENT automatikusan elvégzi, erre háromféle módszer alkalmazható:
a) Struktúrált hexa háló alkalmazásával rétegek eltávolítása/beszúrása (Layering). Ez a módszer alkalmazható például dugattyús gépek szimulációjára.
b) A belső háló simítása rugó modell alapján.
c) Lokális újrahálózás a torzult részeken.
b) és c) módszerek kombinálhatók is.