OpenFOAM 网格

stitchMesh 接口缝合：工程设置与参数选择

区分 -perfect 与 -partial 的适用条件，给出点匹配容差、法向相对判据、界面面积核对方法，以及缝合后悬挂节点与负体积的定位步骤。

林工程师更新于 2026/9/22

OpenFOAM工程设置与参数选择stitchMesh 接口缝合perfectInterfacemergeTol工程

stitchMesh 接口缝合：工程设置与参数选择

当两块网格是分别生成的时候，交界面上会出现两套重合的边界面。stitchMesh 的作用就是把这两套面缝成内部面，让流场在交界处连续。缝合能不能成功，取决于三个几何条件：两侧点是否在容差内重合、两侧面法向是否相对、两侧界面面积是否一致。这三条都能在缝合前用手算和 checkMesh 判定。

共形与非共形的分界

-perfect 要求两侧网格在界面上拓扑等价：面数相同、点一一对应、每个面的顶点顺序对应。判定条件是点集的一一映射在容差内成立：

\max_{i}\left|\mathbf{x}^{m}_{i}-\mathbf{x}^{s}_{i}\right|<\epsilon_{merge}

-partial 则允许两侧面数不同、点分布不同，缝合时按几何重叠关系重新组织面。典型场景是块结构化网格与非结构网格对接：一侧 1600 个面，另一侧 3200 个面。

以 $0.2\,\mathrm{m}\times0.2\,\mathrm{m}$ 的界面、单元尺寸 $5\,\mathrm{mm}$ 为例，一侧面数 $40\times40=1600$ 、点数 $41\times41=1681$ ；若另一侧单元 $2.5\,\mathrm{mm}$ ，面数 $80\times80=6400$ 、点数 $81\times81=6561$ 。两侧面积都是 $0.04\,\mathrm{m^2}$ ，但拓扑完全不同，只能用 -partial。用 -perfect 会以 Cannot find point ... 或 not all faces matched 中止。

法向相对与容差

缝合的前提是两侧法向相对而指：

\mathbf{n}_{m}\cdot\mathbf{n}_{s}\approx-1

若两侧法向同向（点积 $+1$ ），缝合后会出现两侧单元共享同一个面且朝向相同，等价于两个单元直接重叠，checkMesh 立刻报负体积。这一条在块拼接里很常见：同一个几何位置，一块的 x1 方向朝左、另一块朝右，交界面上的法向就都朝同一侧了。

缝合前先看 boundary 文件里这两个 patch 的类型与面数，确认它们都是普通的 patch 而不是 wall：

// constant/polyMesh/boundary 片段
masterPatch
{
    type        patch;
    nFaces      1600;
    startFace   3720000;
}
slavePatch
{
    type        patch;
    nFaces      6400;
    startFace   3721600;
}

两侧面数分别是 1600 与 6400，比值 4，与两侧单元尺寸比 $5\,\mathrm{mm}:2.5\,\mathrm{mm}$ 的平方一致，说明几何面确实重合，可以直接进 -partial。

-mergeTol 默认 $1\times10^{-3}$ ，按网格包围盒尺度归一化。设包围盒对角线 $1.5\,\mathrm{m}$ ，绝对容差为 $1.5\,\mathrm{mm}$ 。若两块网格分别用单精度导出、坐标只保留到 $0.1\,\mathrm{mm}$ ， $1.5\,\mathrm{mm}$ 容差足够；若容差压到 $1\times10^{-6}$ （绝对 $1.5\,\mu\mathrm{m}$ ），双精度坐标也会因浮点累加误差匹配失败。

命令行与验收

stitchMesh -perfect -mergeTol 1e-3 masterPatch slavePatch 2>&1 | tee log.stitch.perfect
stitchMesh -partial -mergeTol 1e-3 masterPatch slavePatch 2>&1 | tee log.stitch.partial
checkMesh -allGeometry -allTopology | tee log.checkMesh.stitch
grep -E "unmatched|open|Min volume|Max skew" log.checkMesh.stitch

-perfect 成功时日志会给出 All faces matched 与匹配的面数，应与手算的 1600 对上。-partial 成功时日志给出的是建立的耦合面对数与未被覆盖的面积；未被覆盖面积应接近 0，若占界面的 5% 以上，说明两侧几何面并不完全重合（常见于一侧网格做了轻微变形）。

缝合后必须重跑 checkMesh。关键三项是 Min volume（应仍为正）、Max skewness（缝合不会引入新单元，所以不应变化）、以及 Boundary openness（应下降，因为界面面从边界变成了内部面）。若 Boundary openness 反而上升，说明缝合把法向搞反了。

-noFields 用于 0/ 目录里没有对应场文件或场文件与 patch 名不匹配的场合；加了这个开关后，缝合只改网格不改场。默认情况下 stitchMesh 会尝试同步场文件，patch 名对不上时会中止。

缝合 vs 非共形耦合

OpenFOAM v10 与 ESI 版本引入了 createNonConformalCouples，它不需要缝合几何，而是在两侧 patch 之间建立插值耦合，保留两套独立的边界。两者的选择判据是：

两侧点能在容差内对齐、且希望界面完全共形 → 用 stitchMesh。
两侧网格尺度差一倍以上、或需要保留各自的边界层结构 → 用 createNonConformalCouples。

缝合会把交界面从边界变成内部面，因此两侧的边界层必须同时连续；若一侧有 5 层边界层、另一侧没有，缝合后界面处会出现长宽比突变，checkMesh 的 max aspect ratio 会明显跳升。这种情况下非共形耦合是更合理的选择。

失败模式与判定

现象	根因	判定试验
`-perfect` 报 `not all faces matched`	两侧拓扑不等价	对比两侧面数与点数，1600 对 6400 时应改 `-partial`
报 `Cannot find point within tolerance`	点距超过 `-mergeTol`	把容差从 $1\times10^{-3}$ 放大到 $1\times10^{-2}$ 重试
缝合后 `Min volume` 为负	两侧面法向同向	取两侧法向点积，应接近 $-1$
`Boundary openness` 上升	缝合方向反了（master/slave 写反）	交换两个 patch 名重跑对比
缝合后仍有内流面	用了 `-partial` 但几何实际共形	改用 `-perfect`，看是否报全匹配
界面处出现悬挂节点	非共形接口未做 `-partial` 处理	看 `checkMesh` 的 `unmatched faces` 计数
结果随并行度变化	先分解后缝合，跨进程缝合不完整	串行缝合后再 `decomposePar`
求解器报 patchField 缺失	缝合后 patch 消失但 `0/` 未更新	加 `-noFields` 或手工清理 `0/` 中的该 patch

顺序与记录

固定顺序是：先生成两块网格并各自 checkMesh → 量测界面点距与法向点积 → 串行执行 stitchMesh → 重跑 checkMesh → 最后 decomposePar。这个顺序把最容易出错的几何核对放在缝合之前，避免在缝合失败后还要回头判断到底是哪一块网格的问题。

记录项：两侧 patch 名、面数与点数、界面面积（m²）、实测最大点距（mm）、法向点积、所用选项（-perfect/-partial）、-mergeTol、缝合前后 nFaces 与 nInternalFaces 的差值。缝合正确时 nInternalFaces 应增加与界面面数相当的量，这个差值是最直接的成功证据。

参考文献

OpenFOAM Foundation, OpenFOAM User Guide v11, §3.5 “Mesh stitching with stitchMesh”, 2023.
OpenFOAM v11 源码 src/utilities/mesh/manipulation/stitchMesh/stitchMesh.C 与 src/OpenFOAM/meshes/polyMesh/polyPatches/constraint/ 下 perfectInterface、partialInterface 的实现。
OpenFOAM v11 工具文档 createNonConformalCouples、mergeMeshes 的选项与限制。
H. Jasak, Error Analysis and Estimation for the Finite Volume Method with Applications to Fluid Flows, PhD thesis, Imperial College London, 1996, §3.5 “Interface treatment in domain decomposition”.
J. H. Ferziger, M. Perić, R. L. Street, Computational Methods for Fluid Dynamics, 4th ed., Springer, 2020, §9.4 “Block interfaces and conservative coupling”.
F. Moukalled, L. Mangani, M. Darwish, The Finite Volume Method in Computational Fluid Dynamics, Springer, 2016, §13.5 “Non-conformal and sliding interfaces”.