Fluent快速计算插值教程

在使用 Fluent 做 CFD 计算时，我们经常会遇到一种情况：

同一个模型、同一套计算工况，只是网格数量发生了变化，却需要重新初始化并重新计算。

最典型的就是做 网格无关性验证。

通常我们需要建立 疏网格、中等网格、密网格 三套甚至更多网格。如果每套网格都从零开始初始化，不仅计算时间较长，而且有时候第一套网格很好收敛，换一套网格之后却可能变得比较难收敛。

其实 Fluent 自带了一个非常实用的功能：

Interpolation（插值）

我们可以把已经收敛算例中的流场数据导出，再将这些数据插值到另一套不同网格上，直接作为新算例的初始场。

这样可以明显减少重新计算所需的迭代步数，加快收敛。

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1. 示例说明

这里以一个机翼外流场计算为例。

首先建立机翼计算模型，如图1所示。

将第一套网格定义为 mesh1。

计算工况保持不变，例如本案例采用压力远场边界，来流马赫数设置为：

Mach Number = 0.8

具体边界条件如图2所示。

完成 Fluent 设置并进行计算后，可以得到当前网格下的流场结果。

例如图3所示为计算得到的静压分布。

此时，mesh1 已经得到一个较好的收敛流场。

接下来我们的目标就是：

把 mesh1 的流场结果传递给另一套不同网格数量的 mesh2，作为 mesh2 的初始场。

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2. 导出 mesh1 的插值数据

在已经计算完成的 mesh1 算例中，依次点击：

File
→ Interpolate

进入 Interpolate Data 面板。

选择：

Write Data

然后在左侧 Cell Zones 中选择需要导出的流体区域。

本案例中的流体域名称为：

air

右侧 Fields 中选择需要导出的变量。

为了尽可能完整地保留已有流场信息，可以直接将相关变量全部选择，例如：

Pressure
Temperature
Turbulent Kinetic Energy
Specific Dissipation Rate
X Velocity
Y Velocity
Z Velocity
...

最后点击：

Write...

将文件保存为：

NACA_data.ip

具体操作如图4所示。

这里生成的 .ip 文件就是 Fluent 的插值数据文件。

其中保存了当前算例中的压力、速度、湍流参数等流场信息。

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3. 准备第二套网格 mesh2

接下来建立第二套网格 mesh2。

需要注意：

mesh1 和 mesh2 的网格数量可以不同。

例如本案例中，两套网格的单元数量分别为：

mesh1：约 207 万 Cells

mesh2：约 103 万 Cells

两套网格数量存在明显差异，如图5所示。

这也是 Interpolate 功能非常实用的地方：

它并不是简单地读取原来的 .dat 文件，而是根据空间位置将旧网格中的流场变量插值到新网格上。

因此特别适合用于：

• 网格无关性验证
• 局部网格加密
• 网格数量调整
• 网格拓扑相近算例
• 同一模型不同网格之间的数据迁移

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4. 将 mesh1 结果插值到 mesh2

打开 mesh2 对应的 Fluent 算例。

在正式计算之前，不需要重新进行常规初始化。

依次点击：

File
→ Interpolate

然后选择：

Read and Interpolate

如图6所示。

点击：

Read...

选择前面由 mesh1 导出的：

NACA_data.ip

然后点击：

OK

具体操作如图7所示。

Fluent 会自动读取 .ip 文件，并根据 mesh2 当前网格的位置，将原来的流场变量插值到新的计算域中。

读取完成后，可以在 Fluent 控制台中看到类似提示：

Reading IP data ...
x-coord
y-coord
z-coord
pressure
omega
temperature
k
x-velocity
y-velocity
z-velocity

Done.

Initializing values...
Done.

如图8所示。

出现：

Initializing values...
Done.

基本就说明插值数据已经成功写入当前计算域。

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5. 查看插值后的初始流场

完成插值后，即使还没有正式开始迭代计算，也可以直接查看当前的流场结果。

例如再次绘制静压云图，可以看到 mesh1 中原有的流场结构已经被较好地映射到了 mesh2 上。

如图9所示。

可以看到，机翼前缘高压区、上表面低压区以及周围压力梯度都已经基本建立。

也就是说：

mesh2 不再从一个均匀的初始场开始计算，而是直接从一个已经非常接近最终结果的流场开始迭代。

此方法对于：
网格无关性验证、局部网格加密、多套网格计算以及相似工况计算都非常实用。
相比每套网格都重新初始化、重新建立整个流场，利用已有结果作为初始场通常可以显著减少前期迭代过程，让计算更容易收敛。
如果平时经常需要批量计算多套 CFD 算例，这个功能还是非常值得掌握的。