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第五章四面體網(wǎng)格膨脹 概述 四面體網(wǎng)格劃分算法PatchConforming的膨脹選項(xiàng)算法前處理和后處理高級(jí)選項(xiàng)沖突避免PatchIndependent劃分損傷外貌Proximity細(xì)化Curvature細(xì)化作業(yè)5 1三通攪拌器的膨脹四面體網(wǎng)格 PatchConforming 作業(yè)5 2汽車多支管的流體和結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分 PatchIndependent 四面體網(wǎng)格劃分算法 PatchConforming默認(rèn)時(shí)考慮所有的面和邊 盡管在收縮控制和虛擬拓?fù)鋾r(shí)會(huì)改變且默認(rèn)損傷外貌基于最小尺寸限制 適度簡化CAD 如 nativeCAD Parasolid ACIS 等 在多體部件中可能結(jié)合使用掃掠方法生成共形的混合四面體 棱柱和六面體網(wǎng)格有高級(jí)尺寸功能表面網(wǎng)格體網(wǎng)格PatchIndependent對CAD有長邊的面 許多面的修補(bǔ) 短邊等有用 內(nèi)置defeaturing simplification基于網(wǎng)格技術(shù)基于ICEMCFD四面體 棱柱Octree方法體網(wǎng)格表面網(wǎng)格 PatchConforming四面體膨脹 基本設(shè)置包括膨脹選項(xiàng) 前處理和后處理膨脹算法 膨脹選項(xiàng) 平滑過渡 平滑過渡 默認(rèn) 使用局部四面體單元尺寸計(jì)算每個(gè)局部的初始高度和總高度以達(dá)到平滑的體積變化比 每個(gè)膨脹的三角形都有一個(gè)關(guān)于面積計(jì)算的初始高度 在節(jié)點(diǎn)處平均 這意味著對一均勻網(wǎng)格 初始高度大致相同 而對變化網(wǎng)格初始高度也是不同的 過渡比膨脹層最后單元層和四面體區(qū)域第一單元層間的體尺寸改變當(dāng)求解器設(shè)置為CFX時(shí) 默認(rèn)的TransitionRatio是0 77 對其它物理選項(xiàng) 包括SolverPreference設(shè)置為Fluent的CFD 默認(rèn)值是0 272 因?yàn)镕luent求解器是單元為中心的 其網(wǎng)格單元等于求解器單元 而CFX求解器是頂點(diǎn)為中心的 求解器單元是雙重節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格構(gòu)造的 因此會(huì)發(fā)生不同的處理 膨脹選項(xiàng) 厚度選項(xiàng) 總厚度創(chuàng)建常膨脹層 用NumberofLayers的值和GrowthRate控制以獲得MaximumThickness值控制的總厚度 不同于SmoothTransition選項(xiàng)的膨脹 TotalThickness選項(xiàng)的膨脹其第一膨脹層和下列每一層的厚度是常量 第一層厚度創(chuàng)建常膨脹層 用FirstLayerHeight MaximumLayers 和GrowthRate控制生成膨脹網(wǎng)格 不同于SmoothTransition選項(xiàng)的膨脹 FirstLayerThickness選項(xiàng)的膨脹其第一膨脹層和下列每一層的厚度是常量 膨脹算法 前處理TGrid算法所有物理類型的默認(rèn)設(shè)置 首先表面網(wǎng)格膨脹 然后生成體網(wǎng)格不支持鄰近面設(shè)置不同的層數(shù)可應(yīng)用于掃掠和2D網(wǎng)格劃分后處理ICEMCFD算法使用一種在四面體網(wǎng)格生成后作用的后處理技術(shù)只對patchingconforming和patchindependent四面體網(wǎng)格有效 高級(jí)膨脹選項(xiàng) Mesh設(shè)置為Yes 在GlobalInflationOptions下可看到AdvancedOptions沖突避免LayerCompression 對Fluent默認(rèn) StairStepping 對CFX默認(rèn) 增長比類型最大角倒圓角比使用后處理平滑平滑迭代 沖突避免 層壓縮不同面的膨脹陣面擴(kuò)展有可能沖突 膨脹層就要受壓制 以給四面體層留足夠的空間如果層壓縮不能解決沖突 層就會(huì)由于以下描述的stairstepping而去除 產(chǎn)生一警告信息并且FLUENT用戶特別關(guān)心的網(wǎng)格質(zhì)量會(huì)受到影響StairStepping剝離膨脹層阻止陣面擴(kuò)展沖突 以給四面體層留足夠的空間 膨脹 Compression與 Stair stepping LayerCompression Stair stepping PatchIndependent四面體 類似于高級(jí)尺寸功能的Curvature和Proximity PatchIndependent四面體方法對損傷幾何有一個(gè)顯示容差控制體網(wǎng)格首先生成 然后映射到頂點(diǎn) 邊 和面來創(chuàng)建表面網(wǎng)格 可以強(qiáng)制地通過創(chuàng)建命名選項(xiàng)或設(shè)置DefeaturingTolerance為No來考慮面 邊 或點(diǎn) 過濾 邊基于尺寸和角 如DefineDefeaturingTolerance設(shè)置為Yes 則需要在DefeaturingTolerance項(xiàng)輸入數(shù)值 包括以下幾個(gè)基本情況 兩個(gè)接近容差近似平行的空間邊如圖1所示 倒圓角或倒角 如果跨度間的面 倒圓角或倒角 大于15度 則一邊保留另一邊去除 節(jié)點(diǎn)將沿一邊排成一行 如果跨度間的面 倒圓角或倒角 小于15度 兩個(gè)邊都去除 patchindependent網(wǎng)格越過不捕捉這個(gè)特征如果容差小于倒圓角或倒角尺寸 并且偏斜大于15度 兩邊都保留 直徑小于容差的小孔如圖2所示 沒有邊被去除 這種情況需要手動(dòng) 損傷容差 Fig 1 Fig 2 損傷例子 幾何 損傷 損傷容差為1 Proximity細(xì)化 狹縫中單元 越過狹縫單元數(shù) 只在CurvatureandProximityRefinement設(shè)置為Yes時(shí)顯示 這是狹縫中的單元數(shù) 設(shè)置proximity細(xì)化的目標(biāo) 網(wǎng)格將在緊密區(qū)域細(xì)分 但細(xì)化受到MinSizeLimit的限制 不會(huì)越過這個(gè)限制 缺省值是1 Curvature細(xì)化 跨角 跨角 只在CurvatureandProximityRefinement設(shè)置為Yes時(shí)顯示 設(shè)置curvature細(xì)化的目標(biāo) 類似于AdvancedSizeFunction的設(shè)置 這個(gè)細(xì)化也受到MinSizeLimit的限制 下列幾個(gè)選擇可用 粗糙 91度60度中等 75度到24度細(xì)化 36度到18度 PatchIndependent四面體膨脹 和PatchConforming設(shè)置類似 但只有后處理算法 因?yàn)樵隗w網(wǎng)格生成之前不存在表面網(wǎng)格 三通攪拌器的四面體網(wǎng)格膨脹 作業(yè)5 1 目標(biāo) 這個(gè)作業(yè)示范patchconforming利用四面體網(wǎng)格劃分器對三通攪拌器的流體部分劃分網(wǎng)格 壁邊界層用膨脹層來考慮 這個(gè)網(wǎng)格將在之后的CFD分析中使用 所以作業(yè)也示范如何為之后的分析輸出網(wǎng)格數(shù)據(jù) 輸入幾何 啟動(dòng)Workbench并選擇菜單欄的Import選項(xiàng) andchangethefiltertoGeometryFile從指南文件夾指定mixer tee agdb文件 注意到一帶有綠色對號(hào)標(biāo)記項(xiàng)出現(xiàn)在項(xiàng)目示圖區(qū)展開左邊的ComponentSystems 將Mesh拖進(jìn)項(xiàng)目示圖區(qū)中的DM實(shí)例 注意出現(xiàn)了聯(lián)接 抑制實(shí)體部件并設(shè)置方法 在項(xiàng)目示圖區(qū)的B體系中雙擊Mesh項(xiàng)打開ANSYS網(wǎng)格劃分注意這里有5部件和5個(gè)實(shí)體 4個(gè)Solid項(xiàng)包含三通管的固體部分而命名為Fluid的體是流體區(qū)域因?yàn)槭紫汝P(guān)注的是流體區(qū)域 右擊并抑制Outline中幾何下的4個(gè)固體右擊Mesh插入方法 選擇流體體并將Method設(shè)置為Tetrahedrons 將Algorithm設(shè)置為PatchConforming 物理優(yōu)選項(xiàng) 設(shè)置PhysicsPreference為CFD SolverPreference為Fluent展開Sizing項(xiàng)并將MaxFaceSize設(shè)置為0 015 m 將MaxTetSize設(shè)置為0 03 m 展開Inflation項(xiàng)并將UseAutomaticTetInflation設(shè)為None 這意味著需要手動(dòng)定義膨脹層 預(yù)覽表面網(wǎng)格 右擊Mesh并選擇PreviewSurfaceMesh 表面網(wǎng)格看起來合理 對方法膨脹 右擊PatchConformingMethod并選擇InflatethisMethod拾取如下所示的模型表面 設(shè)置InflationOption為FirstLayerThickness并輸入值0 001m MaximumLayers設(shè)為5 生成膨脹網(wǎng)格 右擊mesh并選擇GenerateMesh來創(chuàng)建膨脹體網(wǎng)格 SkewnessMeshMetric 展開Statistics 將MeshMetrics選項(xiàng)設(shè)為Skewness 對Fluent求解器最大值0 742是合適的 解禁固體 選擇幾何下的4個(gè)固體部件 右擊來解禁它們 想要對固體劃分網(wǎng)格來進(jìn)行CFX或FLUENT或FSI的耦合傳熱計(jì)算 固體部件的網(wǎng)格劃分方法 插入PatchConforming四面體方法 并指定用于4個(gè)固體部件的劃分 固體部件的體尺寸 右擊Outline中Mesh插入Sizing 選擇模型視圖中的4個(gè)固體實(shí)體 如需要對體設(shè)置選擇過濾器 并將選項(xiàng)應(yīng)用于幾何 輸入一個(gè)尺寸值0 04 m 對流體和固體部件合并網(wǎng)格 重新生成網(wǎng)格 注意新的網(wǎng)格的數(shù)量和質(zhì)量統(tǒng)計(jì) CFD的命名選項(xiàng) 將使用網(wǎng)格的流體部分來設(shè)立隨后的CFD指南 因?yàn)楣腆w實(shí)體不需要 再次抑制4個(gè)固體實(shí)體 為幫助CFD準(zhǔn)備網(wǎng)格 需要對3個(gè)端面創(chuàng)建命名選項(xiàng) 為創(chuàng)建命名選項(xiàng) 對面設(shè)置選擇濾波器 拾取模型視圖中的面 右擊并選擇CreateNamedSelection Dothisforthe對模型中y向偏低的面應(yīng)