采用开源程序pyAero批量生成高质量的多块翼型网格

原项目：https://github.com/chiefenne/PyAero
我的项目：https://github.com/sn1979c/PyAero

我的项目里面有一些pr作者还没merge进去。本文介绍一下采用该项目生成翼型网格的流程。

原项目采用pyside6写了一个生成多块网格的小软件，下载源代码并根据readme文件安装相关的库，将<settings.json>文件中的python编译器改成自己的，在vscode中构建程序，软件界面如下：

可以看到左侧的操作栏有6项，通过前三项就可以画出自己想要的翼型：

在airfoil database中导入一个翼型，导入时会将#行视为注释。
在contour splining and Refinement中平滑翼型，并给翼型添加后缘。
在Meshing栏中Create Mesh，并选一个翼型格式导出。

导出SU2格式的时候有可能会出错，这似乎是这个开源代码依赖的库meshio.py的一个Bug造成的，可以找到meshio库中的__su2.py文件，把第340行改为如下所示的代码，似乎能解决这个问题：

            for index, cell_block in enumerate(mesh.cells):cell_type = cell_block.typedata = cell_block.data

所生成的多块网格如下图所示：

如果只是想生成一个质量还不错的网格，看到这里就可以结束了。下面讨论一下如何批量生成网格。

首先在Meshing栏中不断调整网格生成的参数，满意后记录到文件data/Batch/batch_control中。

接着原作者提供了采用tui的方式批量生成网格，在anaconda prompt 中激活环境，并运行python src/PyAero.py -no-gui data/Batch/batch_control.json即可批量生成翼型网格。

但笔者觉得原作者的上述方法不太灵活，但源码中的各个程序又都和gui高度耦合，不能直接拿来调用，笔者将翼型和网格生成相关的代码整理成了MeshingApi.py和FoilApi.py两个Api，并去除了pyside6的gui代码，可以通过在python脚本中从外部调用两个Api来更灵活地生成网格。

https://github.com/sn1979c/PyAero

下载上述项目，打开项目中的api文件，LoadBatch.py是采用Api批量生成翼型网格的示例。

注：如果你要把这两个Api复制到其他地方用，你需要注意把Utils.py这个依赖也复制走。

总的来说，生成网格的流程如下所示：

airfoil = FoilApi(foilname)
# 读取翼型
airfoil.readContour(foilpath, '#')

接着修改refine翼型的参数，默认参数如下所示：

airfoil.refine_parameters = {"Airfoil contour refinement": {"Refinement tolerance": 172.0,"Refine trailing edge old": 3,"Refine trailing edge new": 6,"Refine trailing edge ratio" : 3,"Number of points on spline" : 200},"Airfoil trailing edge": {"Upper side blending length": 30.0,"Lower side blending length": 30.0,"Upper blending polynomial exponent": 3,"Lower blending polynomial exponent" : 3,"Trailing edge thickness relative to chord" : 0.4}
}

修改后refine翼型、给翼型添加后缘（可选）：

airfoil.doSplineRefine()
airfoil.addTrailingEdge()

之后就可以查看翼型的形状了，翼型点的数据储存在spine_data的第一项：

f = airfoil.spline_data[0]
plt.plot(f[0], f[1])
plt.legend()

将网格生成参数改成之前在软件里记下来的值，并生成网格，默认值如下：

# make mesh
wind_tunnel = MeshingApi.Windtunnel(airfoil)
# 默认参数
wind_tunnel.mesh_parameters = {"Airfoil trailing edge": {"Upper side blending length": 30.0,"Lower side blending length": 30.0,"Upper blending polynomial exponent": 3,"Lower blending polynomial exponent" : 3,"Trailing edge thickness relative to chord" : 0.4},"Airfoil contour mesh": {"Divisions normal to airfoil": 15,"1st cell layer thickness": 0.004,"Cell growth rate": 1.05},"Airfoil trailing edge mesh": {"Divisions at trailing edge": 3,"Divisions downstream": 15,"1st cell layer thickness": 0.004,"Cell growth rate" : 1.05},"Windtunnel mesh airfoil": {"Windtunnel height": 3.5,"Divisions of tunnel height": 100,"Cell thickness ratio": 10.0,"Distribution biasing" : "symmetric"},"Windtunnel mesh wake": {"Windtunnel wake": 7.0,"Divisions in the wake": 100,"Cell thickness ratio": 15.0,"Equalize vertical wake line at" : 30.0}
}
# 生成网格
wind_tunnel.makeMesh()

接着也可以用pyplot来画出翼型网格：

wind_tunnel.drawMesh()

最后导出不同格式的网格，这里这个fluent的导出程序是我自己写的，边界条件全给成farfield了，meshio的导出程序有点问题，其他的导出格式我都没测试过。

output_formats = ['FLMA', 'FLUENT']
for output_format in output_formats:extension = {'FLMA': '.flma','SU2': '.su2','GMSH': '.msh','VTK': '.vtk','CGNS': '.cgns','ABAQUS': '.inp','FLUENT': '.msh'}mesh_name = os.path.join(mesh_path, basename + extension[output_format])getattr(MeshingApi.BlockMesh, 'write'+output_format)(wind_tunnel, name=mesh_name)

采用上述方法，可以采用脚本控制生成翼型的网格，如果你想定制网格生成算法，可以参考makeMesh里面的流程：先生成每个块的网格BlockMesh，再用Connect类将各个BlockMesh连接起来。如果想对具体的网格生成算法作研究，可以去修改具体某个BlockMesh的网格生成程序，在makeMesh程序中将其添加进去即可。

pyAero生成网格的质量和用journal文件控制ICEM生成的网格质量相比还是比较高的，表面的正交性比较好，并且程序框架比较清晰，想修改具体的网格生成算法也可以在上面做进一步的开发。

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