搜索復(fù)雜幾何形狀的網(wǎng)格生成：分而治之法【轉(zhuǎn)發(fā)】
2017-05-01 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
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對于幾何形狀復(fù)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(wǎng)格劃分方法生成網(wǎng)格,然后將幾個網(wǎng)格文件依次導(dǎo)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(fù)雜的物體,這時如果想一次性地對整個形狀生成網(wǎng)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(chǎn)工藝中的氣流拉伸裝置中的風(fēng)箱部件。它由入口管道、入口部件以及風(fēng)箱組成。在風(fēng)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(fēng)箱部件
圖2 風(fēng)箱(局部放大)
對于風(fēng)箱,其形狀為幾個長方體的組合,生成結(jié)構(gòu)網(wǎng)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(kuò)張,要對這種形狀生成結(jié)構(gòu)網(wǎng)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(yīng)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(jié)構(gòu)網(wǎng)格,并且在壁面附近應(yīng)用棱柱網(wǎng)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(wǎng)格加密的要求進(jìn)行)。對于風(fēng)箱(子幾何體2),則采用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,同樣也對壁面附近的區(qū)域在垂直壁面的方向進(jìn)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(wǎng)格。從圖中可以清楚地看出壁面邊界層網(wǎng)格加密的情況。
圖4子幾何體1在界面上的網(wǎng)格
圖5子幾何體2在界面上的網(wǎng)格
對子幾何體1和2分別生成網(wǎng)格文件后,依次導(dǎo)入FLUENT中(方法是,先導(dǎo)入第一個網(wǎng)格文件,然后在菜單欄中選擇[Mesh]->[Zone]->[Append Case File...],導(dǎo)入第二個網(wǎng)格文件),然后將兩個幾何體的interface邊界設(shè)置為耦合即可。
當(dāng)被模擬的幾何形狀更為復(fù)雜的時候,還可以分成兩個以上的幾何體,分別生成網(wǎng)格然后再使用interface邊界條件耦合。例如,對于多級離心泵內(nèi)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(wǎng)格。
當(dāng)然,很多網(wǎng)格劃分軟件(ICEMCFD、GAMBIT等等)都有將一個幾何體劃分為幾個區(qū)域,然后在不同的區(qū)域使用不同的網(wǎng)格類型,最后將幾個區(qū)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(shè)置interface邊界耦合的步驟。這種做法在沒有壁面邊界層網(wǎng)格加密的情況下,是比較方便的。但是,如果有壁面邊界層網(wǎng)格加密,這種方法就容易出現(xiàn)問題,例如圖4中標(biāo)有“A”的一角與圖5中標(biāo)有“B”的一角疊合之后,如果不使用interface邊界條件,而是設(shè)法將兩個耦合面的網(wǎng)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(xiàn)網(wǎng)格質(zhì)量很差的單元。
作者感謝北京航空航天大學(xué)宇航學(xué)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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