同步 CFD 是 CFD 中一類新的工具，它幫助結構工程師在三維結構 CAD 模型中仿真現今產品的流體流動和傳熱情況。對于三維仿真和分析而言，最重要的步驟就是網格和創建有效的網格系統。本文討論了為什么矩形自適應網格是先進技術，以及如何有效為新設計選擇網格，從而極大降低精確分析所需的時間，提高產品設計效率。

1網格的需要和選擇
1.1 為何首先需要一個網格系統？

在進行任何 CFD 分析之前，考慮所需的網格系統是非常有必要的。

■ 所有的 CFD 分析都是建立在控制流體動力學現象的微分方程之上，這些微分方程有 Navier－Stokes 方程、能量守恒方程等。

■ 眾所周知，這些微分方程是無法獲得解析解的。（除非進行大量的簡化）

■ 因此，只有采用“離散化”才能進行求解。

■ 通過在整個分析區域上覆蓋一個虛擬的網格系統的方式，將所考慮的區域劃分成許多小的體積或單元格。

€€ 對小體積內和小體積之間所考慮特性的變量（速度、壓力和溫度等）進行假設。

€€因此可以推導得出這些微分控制方程的近似形式（也就是所謂的有限體積法），只要這個體積足夠小，這一體積內的控制方程就足夠有效，從而在整個區域內的控制方程也足夠有效。

€€最后通過迭代的方式求解這些代數方程，從而獲得相應的結果。

很明顯：

■ 網格劃分是最終獲得控制微分方程合理精確解的一種方法。

■ 所選擇的網格大小和細密程度對求解的精確度有很大影響。

■ 網格系統類型的選擇，網格的形狀和排列可以是任意的。只要定義的網格能方便可靠的獲取精確結果，這一網格就是良好的網格。

然而，這一“只要”字眼是非常重要的限定。經驗表明，對于任何實際應用，為 CFD 計算選擇網格系統時，必須考慮以下影響因數：

■ 定義問題和以后做相應修改所需的時間。

■ 易于獲得良好、精確結果。

■ 解的強壯性和可靠性

■ 計算速度和存儲

這就是為什么 CFD 計算網格系統的選擇是一項重要的工作。

1.2 網格系統如何進行選擇？

在用于 CFD 分析的網格系統選擇時有兩個非常重要的方面：

(1)網格的形狀，主要的選擇有：

■ 笛卡兒€€€€立方體網格，并且網格面與笛卡兒坐標系中的 X、Y、Z 軸相平行。

■ 六面體€€€€六面體網格，是笛卡兒網格的某種扭曲，可以是“笛卡兒網格拓補”（也就是類似笛卡兒網格，但是網格被扭曲）或者“適體網格”（通過扭曲笛卡兒網格，使其很好的與物體的表面貼合）

■ 四面體€€€€四個面的網格，例如三棱錐形網格

(2)網格的排列，主要的選擇有：

■ 結構化網格€€€€網格中節點排列有序，鄰點間的關系明確。

■ 非結構化網格€€€€節點位置無法用一個固定的法則予以有序的命名。

■ 部分非結構化網格（partially unstructured）€€€€在某一區域內結構化網格與其它結構化網格以某種方式結合的網格。并非所有的網格形狀與網格排列都具有現實意義。最為常用的網格如下：

■ 笛卡兒€€€€無論是結構化還是部分結構化都被廣泛的應用到 CFD 的諸多領域。

■ 六面體網格€€€€結構化和部分結構化（經常用于“適體”）常用于“空氣動力學”方面的應用（燃氣輪機葉片、機翼、流線型物體），這主要是因為可以將網格很好的貼合在物體表面。

■ 完全非結構化六面體和四面體網格€€€€最初被用于有限元（而不是有限體積法）的 CFD 分析，現在被廣泛的用于有限體積法，通常是棱柱或棱錐形式。

這些網格如后一頁所示：

下面利用笛卡兒網格對正交網格進行進一步的說明。嚴格來說，許多對笛卡兒網格所作的注解也可以應用于“正交”網格，那就是網格線與正交坐標軸方向對齊，其中坐標軸互相成 90 度角。在實際使用中，笛卡兒網格最常用見的正交網格。

基于圓柱坐標系的正交網格也比較常見，但是使用并不普遍。此外，笛卡兒網格比其它非正交有更多的優勢，我們會在以后的章節中做進一步的討論。

這一白皮書中考慮了諸多可以選擇的網格形狀和排列。但主要集中在第一和第三兩種網格。也就是笛卡兒網格和完全非結構化（六面體和四面體）網格。第二種網格（結構化四面體－適體網格）是一種介于以上兩者之間的方法，僅僅適用于空氣動力學的應用。

2影響網格系統選擇的因數和需要考慮的事項
2.1 網格形狀對于網格質量的影響

為什么，笛卡兒網格形狀成為許多應用場合的首選？

■ 可以方便的在笛卡兒參考系中對控制方程進行推導和明確的表達。

■ 求解的速度分量幾乎總是和笛卡兒參考系坐標方向對齊。