自适应网格细化

自适应网格细化 (AMR) 是一种动态方法，可以在查询流体求解时根据自适应网格准则细化或粗糙化网格单元。求解物理量将自动插值到适应网格中。

自适应网格细化 (AMR) 可用作物理连续体的模型。此位置反映了在模拟运行期间发生细化这一事实，它是求解过程不可或缺的一部分。

AMR 允许您使用较粗糙的网格运行模拟，但捕捉精细流特征。初始网格仍必须捕捉基本流特性。此外，由于自适应网格求解器仅对体网格单元执行中点细分，因此无法重构表面网格。对于初始网格中的弯曲表面，表面网格必须足够精细。AMR 可提高体网格捕捉所需流体特征的能力，但并不表示无需精心构建网格。

AMR 无法生成比开始时更粗糙的网格。可以对应用于任何网格单元的最大细化次数设置限制，这样便可避免在实际应用中网格过于精细。

根据设置的棱柱网格单元细化选项，AMR 可以各向同性或各向异性方式细化棱柱层网格单元，甚至可以为每个壁面边界实施用户自定义方案。

下图演示了 AMR 模拟，其中的初始网格根据用户自定义准则（采用场函数的形式）进行细化。



AMR 使用中点细分来细化网格单元。此方法在父网格单元的每个节点周围形成一个子网格单元。执行一次细化后，细分的子网格单元数等于父网格单元中的节点数。

自适应网格求解器每次识别网格单元进行自适应时，细化等级会增大或减小 1。当自适应网格求解器运行时，所有网格单元都仅变化一个细化等级。要实现多个细化等级变化，自适应网格求解器必须运行多次，并连续增大或减小网格单元的细化等级。当自适应网格求解器降低细化等级时，它会将先前细分的网格单元合并为一个更大的网格单元。对于超过在起始网格中的定义的网格单元，自适应网格求解器不会组合它们。两个相邻网格单元的细化等级只能有一个等级的差别。

可通过指定触发模式以及相应的子属性来触发自适应网格求解器。此外，还可以选择在求解初始化过程中应用网格自适应。请参见在求解初始化中细化。模拟暂停时，也可以手动触发自适应。

如果多个自适应网格准则同时处于活动状态，则其对自适应网格细化的相对影响的优先顺序如下：

  • 细化和粗糙化 → 细化
  • 细化和保留 → 细化
  • 保留和粗糙化 → 保留

通过这种方法，更精细的网格优先于粗糙网格。

在应用自适应网格方法的模拟中，将在后台执行以下步骤序列：

自适应网格求解器：
  1. 根据当前流体求解计算每个网格单元的自适应网格准则的值。
  2. 将所有准则组合在一起，以使用上面介绍的优先级来衍生最终自适应请求。
  3. 重置所有交界面（如果适用）。有关详细信息，请参见交界面相交。
  4. 执行网格自适应 — 每触发一次 AMR 细分一次网格单元，或根据最终的自适应请求保留/粗糙化网格单元。
  5. 将流体求解插值到自适应网格中。
  6. 重新初始化交界面。
  7. 根据由 AMR 引起的网格单元连接变化对域重新分区。重新分区由分区求解器执行。有关详细信息，请参见网格单元连接变化和分区求解器。
注要返回到初始网格，在“清除求解”中选择重置网格和自适应。另请参见：清除求解。

自适应网格模型与协同仿真模型兼容（请参见协同仿真）。

AMR 与网格重构相结合

网格重构求解器控制自适应网格求解器以保持当前网格粒度。网格重构触发后，自适应网格求解器会细化重构后的网格，以在相应位置实现与旧网格相同的网格单元尺寸。网格重构求解器：

  • 创建具有关联细化等级和求解的当前网格的副本。
  • 触发网格重构（执行指定的网格操作）以获取新网格。
  • 触发 AMR 求解器，以根据在副本中保存的网格单元尺寸和细化等级来细化新网格。
  • 将求解映射至新的细化网格。

另请参见：常规网格重构。

AMR 自适应网格准则

Simcenter STAR-CCM+ 支持两种类型的自适应网格准则：

  • 用户自定义网格自适应可实现网格单元级别 AMR 的完全控制。使用场函数或表对它进行配置，从而规定自适应网格求解器如何驱动网格自适应。
  • 模型驱动的网格自适应根据物理模型的特定要求控制 AMR。Simcenter STAR-CCM+ 模型自动提供自适应准则。

    当前可用的选项包括：

    • 自由表面网格细化，用于细化分离两相的自由表面，以免交界面弥散。此准则与 VOF 多相流模型结合使用。仅当在物理连续体中选择流体体积 (VOF) 模型时，此准则才有效。
    • Lsi 网格细化，这是一种用于解析相间交界面的网格自适应方法。此准则专门用于用于处理相间的锐化交界面。Lsi 网格细化用于细化相间交界面附近的网格单元，以提高网格分辨率。当在欧拉多相流 (EMP) 模拟中选择大尺度交界面检测多相互作用模型时，此准则可用。
    • 重叠网格细化，根据优先级较高区域的网格单元尺寸调整优先级较低区域的网格单元尺寸，以提高重叠插值的质量。在一个背景区域和一个重叠区域的情况下，将根据重叠区域细化背景区域的网格单元。此准则仅在创建至少一个重叠网格交界面后才有效。
    • 拓扑物理网格自适应，是与拓扑优化关联的网格自适应方法。此准则根据材料指示器场的梯度定义固体-流体交界面的网格细化。仅当在物理连续体中选择带拓扑优化的伴随流体模型时，拓扑物理网格自适应才可用。
    • 反应流体的网格自适应，通过两种方法自适应火焰区域的网格单元：燃烧标量场的二阶梯度（请参见变量）高于给定容差时细化网格单元；燃烧标量场的二阶梯度低于另一指定公差时粗化网格单元。此准则仅在选择燃烧模型后才有效。
    • 虚拟盘体网格细化，细化基础有限体网格以捕捉虚拟盘体属性。
    • 虚拟边界细化，用于细化移动虚拟体的边界，以实现在虚拟体边界周围切割网格单元和投影节点的网格技术。