網格前後處理軟體操作
一 前後處理軟體操作指南 Preprocessing& postprocessing
1.1 網格生成Mesh generation
網格需要採用CGNS格式。目前能夠生成CGNS格式的網格劃分軟體很多。此處主要介紹pointwise和gambit的操作方法。
Surface mesh of the spacecraft should be in CGNSformat, which is supported by many commercial mesh generation software. In thismanual, the pointwise and gambit are introduced.
1.1.1 pointwise操作指南 Pointwise
1.1.1.1 基本知識Introduction
pointwise的基本幾何部件包括connector,domain, block, database, entity。
database定義幾何體，通常都是從CAD工具將幾何模型匯入Gridgen，匯入後成為database。connector被稱為一維網格/曲線網格，其實是曲線上的節點（節點個數稱為dimension），基本元素是線段，包括polyline、polycurve、conic、circle等幾種型別。domain被稱為二維網格/表面網格。通過組裝connector形成封閉區域，生成domain。domain有結構和非結構之分。block為體網格/三維網格。將domain裝配後稱為block。結構或非結構domain裝配成為結構或非結構的block。注意不一定要先有database，再有grid。可以直接生成connector，再組裝網格。
1.1.1.2 介面操作
滑鼠是最基本的操作工具。其功能如下：
左鍵：移動幾何體；中鍵/滾輪：放大縮小；右鍵：選取實體，移動顯示座標系的座標原點。ctrl+右鍵：旋轉；
幾何體/網格顯示視窗，滑鼠左鍵一次選擇一個entity,如果entity重疊在了一起，那麼使用x或者ctrl+x（或者用空格鍵）來選擇想要的entity。
座標輸入：用空格分隔xyz座標，用回車輸入。
1.1.1.3 操作步驟
建立面/體網格的一般步驟：
1、選擇網格型別：結構/非結構，選擇分析軟體。
2、建立幾何模型(database)。可選。
3、建立connector，在其上佈置節點。
4、建立domain，作為邊界網格。選擇closedloop構成domain。建立結構網格時，指定四條邊：點選firstedge，選擇第一條邊，點選next edge，選擇下一條邊，等等。四個邊中對應邊的dimension要相同（？）。
5、使用一種網格劃分方法改進表面網格點分佈。可選。
6、選擇closed shell建立blocks，也就是體網格。然後run solver，initiate即可。gridgen一般不顯示體網格，為了節省記憶體。可以利用examine給出參考面，顯示體網格。
7、可以使用畫網格的方法改進網格質量。可選。
8、定義邊界條件。可選。
9、將網格資料以分析軟體需要的形式輸出。
10、儲存。
1.1.1.4 參考
檔案格式說明：
***.pw是pointwise的專案存檔；***.gg是gridgen的專案存檔檔案；***.cgns是匯出的cgns格式網格；***.dba是幾何模型檔案。
1.1.2 gambit操作指南
相對於gridgen/pointwise只能支援自底向上（點-線-面-體）劃分網格，gambit還支援自頂向下劃分網格。
1.1.2.1 基本操作
滑鼠左鍵 – 旋轉；中鍵 – 拖曳；右鍵上下移動 – 縮放；水平移動– 轉動；選取：Shift +左鍵；連續選取：按住Shift不鬆
1.1.3 網格生成後的處理方法
cgns網格用grid.exe程式進行處理，處理前還需要網格節點的座標資訊。這個資訊可以採用tecplot自動生成。此處以Tecplot 360為例。
首先，匯入pointwise輸出的Patran格式檔案。然後，使用tecplot的import功能，選擇patran格式。然後找到副檔名為.pat的網格檔案，選擇”Select zones and vars”。
點選OK後，出現loaderoptions視窗。在vars to load僅保留nodeuserid和element userid，點選OK。出現select initial plot視窗，選擇3d cartesian。
然後從File選單中選擇Writedata file…，設定ASCII, Point，XYZ。輸出即可。輸出後的檔案，用Ultraedit開啟，然後選擇點的座標，並在起始行寫上點的總個數。
1.2 計算結果顯示-tecplot使用簡介
tecplot極為適合於流場方面計算結果的顯示處理。此處以tecplot9和tecplot10為例。
1.2.1 基本概念
1.2.1.1 資料組織方式
tecplot將資料分為兩類：ordered data和有限元資料。在tecplot中非結構網格資料稱為有限元資料FE-Data，由一組點和這些點的連線性表組成。有限元資料可以分為表面的FE-data和體的FE-Data。表面的即是三角形或者四邊形網格，而體的則是四面體或者六面體brick網格。
tecplot檔案儲存格式可以是binary，也可以是text。二進位制資料格式比ASCII資料格式更快,因為他們佔用更少的空間.因此如果有大檔案需要顯示，請先轉換為二進位制格式的Plt檔案。
資料檔案可以分成若干個RECORD: ZONE,TEXT,GEOMETRY,CUSTOM LABELS，這些RECORD排列在檔案頭後面。檔案頭包括title、variables等token。
典型的檔案頭寫法為：
VARVIABLES="DENSITY""V" ...
變數的名稱用雙引號括起來，引號內的文字只能寫在一行內.
1.2.1.2 資料檔案寫法
（1） 如果有較少量的XY資料對，那麼可以直接用data->create zone->enter xy-values。注意要在xy模式下。在開啟的對話方塊中輸入x 空格y，這樣建立I順序的區域。
（2） ordered data
block型別 每段寫一個變數的所有資料，然後是下一個變數的資料。
point型別 每段寫一個數據點的所有變數值，然後下一個資料點。
（3） 有限元資料
資料檔案分兩節組織。第一節將節點(提供點座標)或單元(提供單元中心座標)按照一維順序排列，在每個節點各種引數值的個數要相同。第二節是connectivitylist。每個單元的連線表為一行。節點序號之間用逗號隔開。對於表面網格，如果需要在四邊形網格中表示三角形網格，則把最後兩個節點號重複寫上即可。
針對體網格的格式要求類似。如果要在brick型別的網格中表示其它型別的網格，比如四面體，pyrimid等，可以把對應的節點序號重複寫上。brick型別的連線表意義如下：
N1, n2, n3, n4, n5, n6,n7, n8
前4個為第一層，後四個為第二層。每層的每個節點與本層兩個節點以及另一層的一個節點連線。例如n1和n2,n4; n5連線。
一個典型的資料標頭檔案如下：
title ="example"
variables ="x", "Y", "z"
zone t ="1", f=fepoint, n=[節點個數], e=[單元個數], et=單元型別。triangle, quadrilateral,tetrahedron, brick.
實際上e和et可選，tecplot可以從連線性表中自己計算出單元個數。
1.2.1.3 Geometry record
幾何圖形記錄段用來從資料檔案中匯入幾何圖形。幾何圖形是指邊界、箭頭甚至物理結構的圖示等等用線表示的圖形。你可以建立僅包含geometry record和text record的資料檔案，也可以匯入geometry以後通過tecplot互動式的編輯它們。
控制行：--------------------------
geometryrecord以GEOMETRY開頭，採用CS指定座標系：FRAME或GRID，採用X和Y指定原點(錨點)。若採用預設的FRAME座標系，X和Y為Frame的尺寸單位。如果採用GRID座標系，X和Y為物理座標系的單位。對於極座標系，可以指定Theta和R來代替x和y。後續的座標總是相對於X和Y的數值而言的。即如果X=1，Y=1，則點(2,3)實際為(1+2, 1+3)。如果採用LINE3D，則需要指定Z。
圖形的型別使用T引數指定。T可以為SQUARE - 左下角點通過XY指定。RECTANGLE - 左下角點用XY指定。CIRCLE - 圓心用XY指定。ELLIPSE - 中心用XY指定。LINE- 起點用XY指定。LINE3D - 起點用XY指定。
圖形可以用C指定邊界顏色，用FC指定填充顏色。可以用L、LT、PL指定線型、線寬、線的pattern。
資料行-----------------------------------
1.2.2 介面操作
基本的繪圖功能包括：等值線圖、剖面圖等。
1.2.2.1 等值線圖
等值線圖contour-->contour attributes-->contour plot type：flood -->填充圖；lines-->等值線；
採用tecplot的frame linking，能夠將屬於流動的不同區域的多個等值線圖組合起來給出流動的一個完整的影象。這個功能的目的是將不同frame的屬性連線在一起,保證他們相同的屬性。聯接的屬性有：contour levels, frame size and position, x-,y-axis range, 3d plotview.
除了可以設定frames之間的連線屬性外，還可以設定不同的組.同一組中的frames具有相同的屬性，更改其中一個frame的屬性,其它frame的屬性都自動更改。
1.2.2.2 剖面圖data slicing
在data選單裡可以選擇extract -> slicing。指定相關引數後在三維countour圖上已經可以看到明顯的線指示slicing的位置。想看其等值線圖，只需要把三維的關掉即可。
Interactiveslice tool，可以直接用滑鼠在三維圖上點，點選圖示後面的...可以開啟對話方塊，然後顯示一些選項，可以控制slice的位置，讓slice動起來，在360中可以設定多達5個的slice group，可以組合顯示，也可以單獨顯示。從contour那裡把show legend勾選上，就可以顯示級別圖。非常方便。
1.2.2.3 Blanking
Blanking，是指定zone的某些部分不顯示。在3D圖中，類似於cutaway view。Blanking有三種方式：
1)Value-blanking
可以設定最多8個條件，建議新建變數用於value-blanking的操作。
2)IJK-blaning
可以指定是範圍內的被blank(interior選項)還是範圍外的被blank(exterior選項)。
3)Depth-Blanking：根據網格與viewer plane的距離確定是否顯示。
1.2.3 顯示資料處理
【手冊第25章】
基本的資料處理功能包括：光滑資料、插值資料。
插值是根據一個區域的資料點指定另一個區域的資料點的變數值。可以將不規則資料通過插值建立規則網格的contour圖，包括二維和三維。
三角化，可以用來三角化其他劃分網格的軟體產生的資料點。可以用來建立不規則資料的2-d field plots。
建立1-d line zone,這個可以用來建立單變數函式的函式圖。先建立一個區域，然後在specifyequations選項中寫出函式，然後畫圖即可。
建立一個矩形區域。用來將不規則資料插值成規則網格。或者畫函式圖（雙變數函式）。可以在2d或者3d frame中建立區域。
建立三維區域的投影，可以建立關於某一個軸的映象區域。
1.2.4 資料檔案資料處理
tecplot系統能夠對讀入系統的資料進行一些數學運算。tecplot可以求微分、差分，可以針對某些資料點進行操作。可以對資料進行光滑、插值。
常用的函式見使用手冊447頁。導數和微分函式ddx==>d/dx，d2dx2==>d2/dx2，ddi==>[v(i+1)-v(i-1)]/2--中心差分。注意微分是對x,y,z，而差分是對i,j,k。如果不能對所有資料點求導,tecplot不會對任何資料點求導.邊界的求導函式值可能會不同.
讀入系統的變數按照他們的組織順序編號為V1,V2,....,不區分大小寫。變數也可以按照變數名稱引用,在大括號中放入變數名稱即可,例如r3={r/rfr}。
V3 = V3 -V3[1]，可以在變數後面附加區域標示，用“[]“括起來的自然數。注意只有在方程右面才可以出現區域標示。
U =U(i+1,j) - U(i-1,j) + V(i+2,1) + 3*W(i-1)，也可以加序號。用“()”括起來，可以是絕對的也可以是i,j,k開頭的偏移量。如果和區域標示同時出現，需要排列在區域標示後面。