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1、第 五章四面体网格膨胀,概述,四面体网格划分算法Patch Conforming的膨胀选项 算法前处理和后处理高级选项冲突避免Patch Independent 划分损伤外貌Proximity 细化Curvature 细化作业5.1 三通搅拌器的膨胀四面体网格(Patch Conforming)作业5.2 汽车多支管的流体和结构网格划分(Patch Independent),四面体网格划分算法,Patch Conforming默认时考虑所有的面和边(尽管在收缩控制和虚拟拓扑时会改变且默认损伤外貌基于最小尺寸限制)适度简化CAD(如.native CAD,Parasolid,ACIS,等.)在多
2、体部件中可能结合使用扫掠方法生成共形的混合四面体/棱柱和六面体网格有高级尺寸功能表面网格 体网格Patch Independent对 CAD 有长边的面,许多面的修补,短边等有用.内置 defeaturing/simplification 基于网格技术基于 ICEM CFD 四面体/棱柱 Octree 方法体网格 表面网格,Patch Conforming 四面体膨胀,基本设置包括膨胀选项，前处理和后处理膨胀算法,膨胀选项 平滑过渡,平滑过渡(默认)使用局部四面体单元尺寸计算每个局部的初始高度和总高度以达到平滑的体积变化比。每个膨胀的三角形都有一个关于面积计算的初始高度，在节点处平均。这意味着
3、对一均匀网格，初始高度大致相同，而对变化网格初始高度也是不同的。过渡比膨胀层最后单元层和四面体区域第一单元层间的体尺寸改变当求解器设置为 CFX时,默认的 Transition Ratio是 0.77.对其它物理选项,包括Solver Preference 设置为 Fluent的CFD,默认值是 0.272.因为Fluent 求解器是单元为中心的，其网格单元等于求解器单元,而CFX 求解器是顶点为中心的，求解器单元是双重节点网格构造的，因此会发生不同的处理,膨胀选项 厚度选项,总厚度创建常膨胀层，用Number of Layers 的值和Growth Rate 控制以获得Maximum Thi
4、ckness值控制的总厚度。不同于Smooth Transition 选项的膨胀，Total Thickness选项的膨胀其第一膨胀层和下列每一层的厚度是常量.第一层厚度创建常膨胀层，用 First Layer Height,Maximum Layers,和 Growth Rate 控制生成膨胀网格。不同于Smooth Transition 选项的膨胀，First Layer Thickness 选项的膨胀其第一膨胀层和下列每一层的厚度是常量。,膨胀算法,前处理TGrid 算法所有物理类型的默认设置。首先表面网格膨胀,然后生成体网格不支持邻近面设置不同的层数可应用于扫掠和 2D 网格划分后处理
5、ICEM CFD 算法使用一种在四面体网格生成后作用的后处理技术 只对 patching conforming和patch independent 四面体网格有效.,高级膨胀选项,Mesh 设置为 Yes，在Global Inflation Options下可看到Advanced Options 冲突避免Layer Compression(对 Fluent默认)Stair Stepping(对 CFX默认)增长比类型最大角倒圆角比使用后处理平滑平滑迭代,冲突避免,层压缩不同面的膨胀阵面扩展有可能冲突,膨胀层就要受压制，以给四面体层留足够的空间如果层压缩不能解决冲突,层就会由于以下描述的stai
6、r stepping而去除.产生一警告信息并且FLUENT用户特别关心的网格质量会受到影响Stair Stepping剥离膨胀层阻止阵面扩展冲突，以给四面体层留足够的空间,膨胀:Compression 与.Stair-stepping,Layer Compression:Stair-stepping:,Patch Independent 四面体,类似于高级尺寸功能的Curvature 和Proximity，Patch Independent 四面体方法对损伤几何有一个显示容差控制体网格首先生成，然后映射到顶点,边,和面来创建表面网格。可以强制地通过创建命名选项或设置Defeaturing To
7、lerance 为No来考虑面,边,或点,“过滤”边基于尺寸和角。如Define Defeaturing Tolerance设置为Yes,则需要在Defeaturing Tolerance项输入数值。包括以下几个基本情况:两个接近容差近似平行的空间边如图1所示(倒圆角或倒角)如果跨度间的面(倒圆角或倒角)大于15度,则一边保留另一边去除。节点将沿一边排成一行。如果跨度间的面(倒圆角或倒角)小于15度,两个边都去除，patch independent 网格越过不捕捉这个特征如果容差小于倒圆角或倒角尺寸,并且偏斜大于15度,两边都保留.直径小于容差的小孔如图2所示.没有边被去除.这种情况需要手动.
8、,损伤容差,Fig.1,Fig.2,损伤例子,几何,损伤,损伤容差为1,Proximity 细化 狭缝中单元,越过狭缝单元数(只在 Curvature and Proximity Refinement 设置为Yes时显示)。这是狭缝中的单元数，设置 proximity 细化的目标。网格将在紧密区域细分,但细化受到 Min Size Limit的限制，不会越过这个限制。缺省值是1。,Curvature 细化 跨角,跨角(只在 Curvature and Proximity Refinement 设置为Yes时显示)。设置curvature细化的目标。类似于Advanced Size Functi
9、on的设置.这个细化也受到 Min Size Limit的限制.下列几个选择可用:粗糙 91 度 60 度中等 75度 到24度细化 36 度到18 度,Patch Independent 四面体膨胀,和 Patch Conforming设置类似,但只有后处理算法，因为在体网格生成之前不存在表面网格.,三通搅拌器的四面体网格膨胀,作业5.1,目标,这个作业示范patch conforming利用四面体网格划分器对三通搅拌器的流体部分划分网格，壁边界层用膨胀层来考虑。这个网格将在之后的CFD 分析中使用，所以作业也示范如何为之后的分析输出网格数据.,输入几何,启动Workbench 并选择菜单栏
10、的 Import 选项，and change the filter to Geometry File从指南文件夹指定mixer-tee.agdb 文件，注意到一带有绿色对号标记项出现在项目示图区展开左边的 Component Systems，将Mesh拖进项目示图区中的DM 实例。注意出现了联接,抑制实体部件并设置方法,在项目示图区的B体系中双击 Mesh 项打开 ANSYS 网格划分注意这里有5 部件和 5个实体。4个 Solid项 包含三通管的固体部分而命名为 Fluid的体是流体区域因为首先关注的是流体区域,右击并抑制Outline 中几何下的4个固体右击 Mesh 插入方法。选择流体体
11、并将 Method 设置为Tetrahedrons，将 Algorithm 设置为 Patch Conforming,物理优选项,设置 Physics Preference为 CFD，Solver Preference 为Fluent展开 Sizing 项 并将Max Face Size 设置为0.015 m，将 Max Tet Size 设置为0.03 m展开Inflation 项并将 Use Automatic Tet Inflation设为None。这意味着需要手动定义膨胀层,预览表面网格,右击 Mesh 并选择 Preview Surface Mesh.表面网格看起来合理,对方法膨胀,
12、右击 Patch Conforming Method 并选择 Inflate this Method拾取如下所示的模型表面，设置 Inflation Option 为First Layer Thickness 并输入值0.001 m.Maximum Layers设为5,生成膨胀网格,右击 mesh 并选择Generate Mesh 来创建膨胀体网格,Skewness Mesh Metric,展开 Statistics，将 Mesh Metrics 选项设为 Skewness，对Fluent求解器最大值0.742是合适的,解禁固体,选择几何下的4个固体部件，右击来解禁它们。想要对固体划分网格来进
13、行CFX或FLUENT或FSI的耦合传热计算,固体部件的网格划分方法,插入 Patch Conforming 四面体方法，并指定用于4个固体部件的划分,固体部件的体尺寸,右击Outline中 Mesh 插入 Sizing.选择模型视图中的4个固体实体(如需要对体设置选择过滤器)并将选项应用于几何.输入一个尺寸值 0.04 m.,对流体和固体部件合并网格,重新生成网格.注意新的网格的数量和质量统计,CFD的命名选项,将使用网格的流体部分来设立随后的 CFD 指南。因为固体实体不需要，再次抑制4个固体实体。为帮助CFD准备网格,需要对3个端面创建命名选项。为创建命名选项，对面设置选择滤波器,拾取模
14、型视图中的面,右击并选择Create Named Selection.Do this for the 对模型中y向偏低的面应用此设置，并命名为 inlet-y。,准备CFD网格,对 Z向偏高的面(inlet-z)和Y 向偏高的面(outlet)重复此操作,输出网格文件,当仍然在 ANSYS 网格划分环境的时候,点击 File/Export，保存文件为后缀为 meshdat的文件。注意这个文件的位置，以便随后在使用流体网格进行流体分析时输入这个文件。保存项目并退出 Workbench.,汽车集流管的流体和结构网格,作业 5.2,目标,这个作业示范对耦合传热(CHT)流分析或流固耦合(FSI)分析
15、创建合适的网格,.然而,几何呈现潜在困难.,几何包含两部分.一部分是固体集流管，另一部分是流体区域.流体网格将是CFD 性质,具有膨胀,同时固体网格将是结构化网格.Patch Independent 网格方法用来避免CAD几何细节引起的问题(随后可见).在作业A.1中，同样的几何使用具有虚拟拓扑的Patch Conforming方法划分网格,打开 Workbench,从START菜单启动 ANSYS 12.0 Workbench(WB)点击WB面板左边的工具箱的Component Systems 双击 Mesh,几何输入,右击WB面板右边的 Geometry 按钮，选择Import geome
16、try输入 Auto-manifold.agdb 文件双击 Mesh 按钮(in cell A3)发射网格划分应用程序,几何检查,通过将集流管 IGES 文件输入进DesignModeler并提取流体区域创建了几何.在屏幕右边,对 Physics选择Mechanical 网格划分方法选择Automatic,然后点击 OK几何的单位设置为 mm,在DesignModeler中已创建命名选项，展开 Named Selections 并点击每个看其应用的对象。如果网格应用程序中看不到Named Selections,见下一个幻灯片,命名选项,如果 Named Selections 不出现,可能是因为
17、导入选项关掉了.激活这个选项通过右击项目示图区的Geometry按钮并选择 Properties.确保 Named Selections 是选中的,并且 Selection Key 是空的.右击 Geometry 并选择“Update”右击 Mesh并选择“Refresh”,问题几何,尖点,短边,狭长面,包含太多不同尺寸和形状的面的几何会使Patch Conforming 方法产生问题。可使用Patch Independent 方法的虚拟拓扑选项解决这个问题。,表面网格,Patch Conforming 方法短边 不必要的细化和太多的单元尖点和 狭长面 具有小角的差的网格质量,Patch In
18、dependent 方法网格不受几何限制可能存在更粗糙的网格单元的尺寸和形状更规则,插入网格方法,左击 Mesh 并检查它的细节确定 Physics preference 设为 Mechanical这将确保固体实体的网格适合结构力学指定网格方法:设置指针模式为体RMB(窗口)选择 Select AllRMB 选择Insert-Method取决 于Workbench 的设置，有时一默认的网格方法已经建立，可以删除并建立新的方法，或修改其细节设置细节Method 设为 TetrahedronsAlgorithm设为 Patch IndependentMax Element Size设为 6 mmM
19、in Size Limit设为 2 mm,指针模式,对流体区域设置单元尺寸,体尺寸保持体选择的指针模式选择流体体RMB(窗口)选择 Insert-Sizing体尺寸细节设置Element Size 设为 5 mm,对流体添加边界层网格,插入膨胀保持体选择的指针模式选择固体实体RMB(Window)选择Suppress BodyRMB(Window)选择Select AllRMB(Window)选择Insert Inflation膨胀的细节设置设置指针模式为面选择对所有壁表面选择 Inflation:拾取一个面下拉 Extend菜单并选择 Extend to Limits应用选项126 面改变
20、Inflation OptionTotal ThicknessMaximum Thickness设为5 mm,体网格生成,划分体设置指针模式为体选择RMB(在窗口)选择 Unsuppress all BodiesRMB(in Tree)选择 Generate Mesh 在Statistics中将 Mesh Metrics 设置为 Skewness大约生成150 000 个单元，其具有最差的偏斜值约0.9,检查体网格,检查网格检查流体区域的表面网格，看是否和下面的表面拓扑共形可右击树状结构的几何部件来隐藏固体网格区域，使其操作更容易试试用截面位面()去看网格内部,结论,现在网格是完成的RMB(树状)选择Update确保项目中所有事物是最新的选择File Close Mesh 来关闭网格应用程序在 WB面板选择File Save Project As 并给出一项目名 选择File Exit退出ANSYS Workbench 注意:因为使用了力学网格优选项，网格单元将包含中节点，可使用高阶四面体单元，这对力学分析是有益的，如果网格用于 CFD,这些中节点会自动忽略。,
