復雜幾何形狀的網格生成：分而治之法【轉發】

2017-05-01 by:CAE仿真在線來源:互聯網

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對于幾何形狀復雜的物體,可以分割成幾個子幾何體,對每個幾何體使用最合適的網格劃分方法生成網格,然后將幾個網格文件依次導入到FLUENT中,相鄰幾何體之間采用interface邊界條件耦合。

在實際工程中常常遇到幾何形狀復雜的物體,這時如果想一次性地對整個形狀生成網格,通常會比較困難。其實,這時可以采用分而治之的方法。

我們看一個例子。圖1是無紡布生產工藝中的氣流拉伸裝置中的風箱部件。它由入口管道、入口部件以及風箱組成。在風箱中裝有若干塊均流孔板,使出口處形成垂直于出口截面且流速均勻的流動。

圖1風箱部件

圖2 風箱(局部放大)

對于風箱,其形狀為幾個長方體的組合,生成結構網格是非常合適的。但是,入口部件中包含了一個由圓形截面管道過渡到矩形截面管道的部分,而且過渡的過程中,管道還有比較劇烈的擴張,要對這種形狀生成結構網格比較困難。所以,我們可以將原幾何體分成兩個子幾何體,界面上用interface邊界條件耦合,如圖3所示;圖中黃色的面為應用interface邊界條件的面)。對于入口管道和入口部件(子幾何體1),我們采用非結構網格,并且在壁面附近應用棱柱網格(prism layer)在垂直于壁面的方向上加密(湍流邊界層模擬的需要;按照所使用的湍流模型對壁面附近網格加密的要求進行)。對于風箱(子幾何體2),則采用結構網格,同樣也對壁面附近的區域在垂直壁面的方向進行加密。

圖3將原幾何體分成兩個子幾何體

圖4和圖5分別顯示了子幾何體1、2在界面上的網格。從圖中可以清楚地看出壁面邊界層網格加密的情況。

圖4子幾何體1在界面上的網格

圖5子幾何體2在界面上的網格

對子幾何體1和2分別生成網格文件后,依次導入FLUENT中(方法是,先導入第一個網格文件,然后在菜單欄中選擇[Mesh]->[Zone]->[Append Case File...],導入第二個網格文件),然后將兩個幾何體的interface邊界設置為耦合即可。

當被模擬的幾何形狀更為復雜的時候,還可以分成兩個以上的幾何體,分別生成網格然后再使用interface邊界條件耦合。例如,對于多級離心泵內部流動的模擬,就可以將每一級的葉輪、管道、密封間隙、平衡盤等等部件都分開成單獨的幾何體,分別劃分網格。

當然,很多網格劃分軟件(ICEMCFD、GAMBIT等等)都有將一個幾何體劃分為幾個區域,然后在不同的區域使用不同的網格類型,最后將幾個區域合并在一起的功能,這樣可以不使用interface邊界條件,使得在FLUENT中省去了設置interface邊界耦合的步驟。這種做法在沒有壁面邊界層網格加密的情況下,是比較方便的。但是,如果有壁面邊界層網格加密,這種方法就容易出現問題,例如圖4中標有“A”的一角與圖5中標有“B”的一角疊合之后,如果不使用interface邊界條件,而是設法將兩個耦合面的網格弄成完全一致,是不容易做到的,而且即使做到了,也容易出現網格質量很差的單元。

作者感謝北京航空航天大學宇航學院的研究生衣然。她閱讀了本文的初稿并提出了寶貴的意見。

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