はじめに
DEXCSワークベンチ（DEXCS-WB）のDEXCS2024では、何とかsnappyHexMesh（SHM）にも対応したいと考えているが、ハック元であるCfdOFにおいてDexcsチュートリアルをSHMでメッシュ作成したらどうなるのか・・・調べてみた。
Table of Contents
まずはやってみる
先の記事で作成したDexcsチュートリアル用に再構築したモデルのメッシュコンテナにおいて、Mesh utility を❶「cfMesh」から❷「snappyHexMesh」に変更する。
そうすると、❸の赤枠で囲った部分が新たにメニューに加わり、snappyHexMeshの設定パラメタとして、
- Point in mesh
- No of cells between levels
- Relative edge refinment
- Edge detection
を指定するよう促される。Point in mesh 以外はデフォルト値をそのまま使えそうだが、Point in meshの値も「Search」ボタンを押せば自動で探してくれるようだ。
とりあえずこのまま❹「Write mesh case」以下cfMesh作成した時と全く同じ手順でメッシュ作成できた。
これもとりあえず「Paraview］で確認したメッシュ外観とチェックメッシュ結果を、以下にcfMeshで作成したものと対比して掲載しておく。
| cfMesh | SHM |
|---|---|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Mesh stats
points: 232198
faces: 674090
internal faces: 644256
cells: 220448
Max aspect ratio = 43.1038203379999 OK.
Minimum face area = 1.58702108954268e-06. Maximum face area = 0.0793436908293332. Face area magnitudes OK.
Min volume = 4.73722714834394e-09. Max volume = 0.0218234393078285. Total volume = 127.891483721544. Cell volumes OK.
Mesh non-orthogonality Max: 82.5410716770282 average: 13.3112147080959
*Number of severely non-orthogonal (> 70 degrees) faces: 77.
Non-orthogonality check OK.
<<Writing 77 non-orthogonal faces to set nonOrthoFaces
***Error in face pyramids: 1 faces are incorrectly oriented.
<<Writing 1 faces with incorrect orientation to set wrongOrientedFaces
***Max skewness = 5.79675377020383, 12 highly skew faces detected which may impair the quality of the results
<<Writing 12 skew faces to set skewFaces
Coupled point location match (average 0) OK.
Failed 2 mesh checks.
|
Mesh stats
points: 190691
faces: 506569
internal faces: 489345
cells: 159376
Max aspect ratio = 13.8859709808372 OK.
Minimum face area = 4.53661105948369e-06. Maximum face area = 0.107234939172893. Face area magnitudes OK.
Min volume = 4.4710773967466e-08. Max volume = 0.0224180323212859. Total volume = 127.83752381305. Cell volumes OK.
Mesh non-orthogonality Max: 64.9797548876519 average: 10.8427010820256
Non-orthogonality check OK.
Face pyramids OK.
Max skewness = 3.8287323119933 OK.
Coupled point location match (average 0) OK.
Mesh OK. |
わかったこと、気になった点
とりあえずやってみてわかった結果は概ね、一般的に云われるところの両者の得失比較、すなわち、
- レイヤー
圧倒的に cfMesh が優れている．SHM では多くの箇所で欠損があるのに対し，cfMesh ではほとんど見つからない． - 生成メッシュ数
細分化レベルの指定を同一に設定した場合に cfMesh の方が 2〜5 割程度多くなる． - メッシュ品質
SHM の方が良い．ただし，品質悪化部のレイヤーを欠損させることでこれを実現している．欠損させない設定では，cfMesh の方がまだ良い．
といったあたりがそのままあてはまって、まぁ、こんなものか・・・という反面、いくつか気になった点を列記しておく。
設定パラメタが物足りない
そもそもSHMのパラメタ設定方法について、Mesh utilty のプルダウンメニューを切り替えるだけで良いというのは嬉しいが、反面物足りなさも大きい。つまり、
- マルチリージョン指定できない
- エッジを個別に細分化指定できない
といったあたりである。
デフォルトパラメタも今一つ
また、全体外形エッジ部の局所的な欠落が気になって、GUIメニューのオプション（例えばEdge ditection の implicit/explicit）を変更してみたが、変化は無かった。これもかつての経験や、TreeFoamのSHM設定ツールを使用した場合にはそうなっていなかったので、CfdOFをDEXCS標準ツールとして採用するには、GUIメニューに現れないデフォルトパラメタの一部を変更したいところであり、引き続きデフォルトパラメタについて調査した。
パラメタのおさらい
ひとくちにSHMのパラメタといって、その全貌もよくわかっていなかった。色々調べたところ、OpenFOAM:User Guide のページにわかりやすく取りまとめたページがあったので、これをベースに、デフォルト値がどうなっているのかを整理した。その際に、CfdOFのデフォルト値に対して、TreeFoamのSHMメッシュツールでの値も比較参照できるようにした。
また、トップレベルエントリーとして、以下16項目あるが、
- castellatedMesh
- snap
- addLayers
- singleRegionName
- mergePatchFaces
- mergeTolerance
- keepPatches
- debug
- geometry
- Castellated mesh controls
- Snap controls
- Layer controls
- Mesh quality controls
- Debug flags
- Write flags
- Output flags
これらの全項目でない（ページ内リンクを使える項目のみ）である点、おことわりしておく。
Castellated mesh controls
| Keyword | Value type | CfdOF | TreeFoam |
|---|---|---|---|
|
maxLocalCells |
label |
100000000 |
100000 |
|
maxGlobalCells |
label |
2000000000 |
2000000 |
|
minRefinementCells |
label |
０ |
０ |
|
maxLoadUnbalance |
scalar |
|
0.1 |
|
nCellsBetweenLevels |
label |
3 |
1 |
|
features |
dictionary |
||
|
features.file |
string |
||
|
features.level |
label |
||
|
features levels |
scalar label |
||
|
refinementSurfaces |
dictionary |
||
|
refinementSurfaces.<geometryName> |
dictionary |
||
|
refinementSurfaces.<geometryName>.level |
label |
||
|
refinementSurfaces.<geometryName>.regions |
dictionary |
||
|
resolveFeatureAngle |
scalar |
||
|
gapLevelIncrement |
label |
30 |
30 |
|
planarAngle |
scalar |
||
|
refinementRegions |
dictionary |
||
|
limitRegions |
dictionary |
||
|
locationInMesh |
point |
||
|
locatiosnInMesh |
llist of (point word) |
||
|
allowFreeStandingZoneFaces |
boolean |
TRUE |
TRUE |
|
faceZoneControls |
dictionary |
||
|
locationsOutsideMesh |
list of points |
|
((100 100 100)) |
|
handleSnapProblems |
boolean |
||
|
useTopologicalSnapDetection |
boolean |
||
|
interfaceRefine |
boolean |
||
|
nCellZoneErodeIter |
label |
snapControls
| Keyword | Value type | CfdOF | TreeFoam |
|---|---|---|---|
|
nSmoothPatch |
label |
3 |
3 |
|
nSmoothInternal |
label |
||
|
tolerance |
scalar |
1 |
2 |
|
nSolveIter |
label |
100 |
30 |
|
nRelaxIter |
label |
5 |
5 |
|
detectNearSurfaceSnap |
boolean |
||
|
nFeatureSnapIter |
label |
10 |
10 |
|
implicitFeatureSnap |
boolean |
TRUE |
FALSE |
|
explicitFeatureSnap |
boolean |
FALSE |
TRUE |
|
multiRegionFeatureSnap |
boolean |
|
FALSE |
|
nFaceSplitInterval |
label |
||
|
detectBaffles |
boolean |
||
|
releasePoints |
boolean |
||
|
stringFeatures |
boolean |
||
|
avoidDiagonal |
boolean |
||
|
concaveAngle |
scalar |
||
|
minAreaRatio |
scalar |
||
|
strictRegionSnap |
boolean |
||
|
baffleFeaturePoints |
boolean |
addLayersControls
| Keyword | Value type | CfdOF | TreeFoam |
|---|---|---|---|
|
relativeSizes |
boolean |
TRUE |
TRUE |
|
nBufferCellsNoExtrude |
label |
0 |
0 |
|
nLayerIter |
label |
50 |
50 |
|
nRelaxedIter |
label |
||
|
additionalReporting |
boolean |
||
|
expansionRatio |
scalar |
1.0 |
1.0 |
|
finalLayerThickness |
scalar |
0.3 |
0.3 |
|
thickness |
scalar |
||
|
minThickness |
scalar |
0.1 |
0.1 |
|
layers |
dictionary |
||
|
layers.<patchName> |
dictionary |
||
|
layers.<patchName>.nSurfaceLayers |
label |
||
|
layers.<patchName>.expansionRatio |
scalar |
||
|
layers.<patchName>.finalLayerThickness |
scalar |
||
|
layers.<patchName>.firstLayerThickness |
scalar |
||
|
layers.<patchName>.thickness |
scalar |
||
|
layers.<patchName>.minThickness |
scalar |
||
|
nGrow |
label |
0 |
0 |
|
concaveAngle |
scalar |
||
|
featureAngle |
scalar |
120 |
90 |
|
mergePatchFacesAngle |
scalar |
||
|
maxFaceThicknessRatio |
scalar |
0.5 |
0.5 |
|
meshShrinker |
word |
||
|
solver |
word |
||
|
nSmoothSurfaceNormals |
label |
1 |
1 |
|
minMedialAxisAngle |
scalar |
90 |
90 |
|
minMedianAxisAngle |
scalar |
90 |
|
|
maxThicknessToMedialRatio |
scalar |
0.3 |
0.3 |
|
nSmoothNormals |
label |
3 |
3 |
|
nSmoothThickness |
label |
10 |
10 |
|
nMedialAxisIter |
label |
||
|
nSmoothDisplacement |
label |
||
|
layerTerminationAngle |
scalar |
||
|
slipFeatureAngle |
scalar |
|
30 |
|
nRelaxIter |
label |
3 |
5 |
Mesh quality controls
| Keyword | Value type | CfdOF | TreeFoam |
|---|---|---|---|
|
maxNonOrtho |
scalar |
65 |
65 |
|
maxBoundarySkewness |
scalar |
20 |
20 |
|
maxInternalSkewness |
scalar |
4 |
4 |
|
maxConcave |
scalar |
80 |
80 |
|
minVol |
scalar |
1e-13 |
1e-13 |
|
minTetQuality |
scalar |
-1 |
1e-15 |
|
minArea |
scalar |
-1 |
-1 |
|
minTwist |
scalar |
0.01 |
0.02 |
|
minDeterminant |
scalar |
0.001 |
0.001 |
|
miniFaceWeight |
scalar |
0.05 |
0.05 |
|
minVolRatio |
scalar |
0.01 |
0.01 |
|
minTriangleTwist |
scalar |
-1 |
-1 |
|
minVolCollapseRatio |
scalar |
||
|
minFaceFlatness |
scalar |
||
|
relaxed |
dictionary |
||
|
nSmoothScale |
label |
4 |
4 |
|
errorReduction |
scalar |
0.75 |
0.75 |
こうやって眺めて見ると、CfdOFにしろTreeFoamのメッシュツールにせよ、組み込んでいないパラメタも多く存在し、SHM用のパラメタの多いことに驚かされる。組み込んでいないパラメタは多分、大勢に影響ないと思われるが・・・
SHMパラメタ変更結果
CfdOFとTrrFoamのSHMパラメタの相違部を、試行錯誤で変更した結果、外形エッジ部の欠落を解消しすることが出来た。以下にTreeFoamの結果と併せて掲載しておく。因みに、変更した（TreeFoamの値に合致させた）パラメタは、addLayersControl/featureAngle であった。
| CfdOF（改） | TreeFoam |
|---|---|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Mesh stats
points: 190724
faces: 506743
internal faces: 489443
cells: 159432
Max aspect ratio = 14.2852 OK.
Minimum face area = 7.37847e-07. Maximum face area = 0.082732. Face area magnitudes OK.
Min volume = 3.74542e-08. Max volume = 0.022418. Total volume = 127.891. Cell volumes OK.
Mesh non-orthogonality Max: 64.9502 average: 10.8391
Non-orthogonality check OK.
Face pyramids OK.
***Max skewness = 13.4705, 3 highly skew faces detected which may impair the quality of the results
<<Writing 3 skew faces to set skewFaces
Coupled point location match (average 0) OK.
Failed 1 mesh checks.
|
Mesh stats
points: 141166
faces: 360909
internal faces: 344481
cells: 111307
Max aspect ratio = 13.5655 OK.
Minimum face area = 9.14709e-06. Maximum face area = 0.138991. Face area magnitudes OK.
Min volume = 4.79693e-08. Max volume = 0.0274373. Total volume = 127.881. Cell volumes OK.
Mesh non-orthogonality Max: 64.7429 average: 12.3645
Non-orthogonality check OK.
Face pyramids OK.
Max skewness = 3.706 OK.
Coupled point location match (average 0) OK.
Mesh OK. |
TreeFoamで最外周のメッシュがやや歪んでいるのは、ベースとしたblockMeshの設定に起因するものと考えられる。どちらもベースメッシュサイズを規定（本例では0.28としてある）すれば、全体寸法を読み取って、全体＋余裕分をオーバーラップするblockMeshDictを作成してくれるが、余裕の持ち方に違いがあって、具体的なblockMeshDictパラメタの違いは以下の通りであった。
| パラメタ | CfdOF | TreeFoam |
|---|---|---|
|
xMin |
-8.4 |
-8.4 |
|
xMax |
2.4 |
2.52 |
|
yMin |
-6.9 |
-7 |
|
yMax |
-0.1 |
0 |
|
zMin |
-3.2 |
-3.08 |
|
zMax |
3.6 |
3.64 |
|
cellsX |
39 |
39 |
|
cellsY |
25 |
25 |
|
cellsZ |
25 |
24 |
まとめ
- Dexcsチュートリアル問題をCfdOFのSHMでメッシュ作成することが出来た。
- CfdOFのSHM作成機能は、cfMeshで作成できるメッシュを、単にSHMでも作成できるというものでしかなかった。
- CfdOFをDEXCSランチャーとして採用するには、デフォルトパラメタの変更も必要になる。