复杂几何形状的网格生成：分而治之法【转发】

2017-05-01 by:CAE仿真在线来源:互联网

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对于几何形状复杂的物体,可以分割成几个子几何体,对每个几何体使用最合适的网格划分方法生成网格,然后将几个网格文件依次导入到FLUENT中,相邻几何体之间采用interface边界条件耦合。

在实际工程中常常遇到几何形状复杂的物体,这时如果想一次性地对整个形状生成网格,通常会比较困难。其实,这时可以采用分而治之的方法。

我们看一个例子。图1是无纺布生产工艺中的气流拉伸装置中的风箱部件。它由入口管道、入口部件以及风箱组成。在风箱中装有若干块均流孔板,使出口处形成垂直于出口截面且流速均匀的流动。

图1风箱部件

图2 风箱(局部放大)

对于风箱,其形状为几个长方体的组合,生成结构网格是非常合适的。但是,入口部件中包含了一个由圆形截面管道过渡到矩形截面管道的部分,而且过渡的过程中,管道还有比较剧烈的扩张,要对这种形状生成结构网格比较困难。所以,我们可以将原几何体分成两个子几何体,界面上用interface边界条件耦合,如图3所示;图中黄色的面为应用interface边界条件的面)。对于入口管道和入口部件(子几何体1),我们采用非结构网格,并且在壁面附近应用棱柱网格(prism layer)在垂直于壁面的方向上加密(湍流边界层模拟的需要;按照所使用的湍流模型对壁面附近网格加密的要求进行)。对于风箱(子几何体2),则采用结构网格,同样也对壁面附近的区域在垂直壁面的方向进行加密。

图3将原几何体分成两个子几何体

图4和图5分别显示了子几何体1、2在界面上的网格。从图中可以清楚地看出壁面边界层网格加密的情况。

图4子几何体1在界面上的网格

图5子几何体2在界面上的网格

对子几何体1和2分别生成网格文件后,依次导入FLUENT中(方法是,先导入第一个网格文件,然后在菜单栏中选择[Mesh]->[Zone]->[Append Case File...],导入第二个网格文件),然后将两个几何体的interface边界设置为耦合即可。

当被模拟的几何形状更为复杂的时候,还可以分成两个以上的几何体,分别生成网格然后再使用interface边界条件耦合。例如,对于多级离心泵内部流动的模拟,就可以将每一级的叶轮、管道、密封间隙、平衡盘等等部件都分开成单独的几何体,分别划分网格。

当然,很多网格划分软件(ICEMCFD、GAMBIT等等)都有将一个几何体划分为几个区域,然后在不同的区域使用不同的网格类型,最后将几个区域合并在一起的功能,这样可以不使用interface边界条件,使得在FLUENT中省去了设置interface边界耦合的步骤。这种做法在没有壁面边界层网格加密的情况下,是比较方便的。但是,如果有壁面边界层网格加密,这种方法就容易出现问题,例如图4中标有“A”的一角与图5中标有“B”的一角叠合之后,如果不使用interface边界条件,而是设法将两个耦合面的网格弄成完全一致,是不容易做到的,而且即使做到了,也容易出现网格质量很差的单元。

作者感谢北京航空航天大学宇航学院的研究生衣然。她阅读了本文的初稿并提出了宝贵的意见。

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