ANSYS ICEM CFD非结构体网格生成实例——换热器

本节将通过换热器讲解如何在ICEM中生成多域非结构体网格，通过本节学习应掌握如下知识点：
a.多域非结构体网格生成方法；
b.扫略方法生成面。

创建几何模型

创建换热器壳体

Step1、创建圆心P_A
单击Geometry标签栏Create Point，在Create Point面板单击XYZ（Explict Coordinates），在Merhod下拉列表框中选择Create 1 Point，并在数据栏定义X=0、Y=0、Z=0，其余采用默认设置，单击Apply按钮生成P_A。

Step2、创建其余各点
采用Step1的方式创建下列各点：
P_B：X=0.5、Y=0、Z=0；
P_C：X=1、Y=0、Z=0；
P_D：X=0、Y=0.5、Z=0；
P_E：X=0、Y=1、Z=0。

Step3、创建圆弧C_1
单击Geometry标签栏的Creat/Modify Curve，在Creat/Modify Curve面板中单击Optional Radius；定义圆弧的起始角度（Start angle）和终止角度（End angle）分别为0°和360°，即整个圆弧；单击Points文本框后箭头，在主窗口选择圆心P_A，然后单击经过圆弧的两点P_B和P_D。

Step4、创建圆弧C_2
采用Step3的方法，以P_A为圆心，以P_C和P_E为经过圆弧的两点创建圆弧C_2。

Step5、创建P_F
单击Geometry标签栏的Create Point按钮，在Create Point面板单击Base Point and Delta，在数据输入栏定义DX=0、DY=0、DZ=2.25，单击箭头，然后选择P_A，单击鼠标中键确定生成P_F。

Step6、创建换热器内壁面
单击Geometry标签栏的Create/Modify Surface，在Create/Modify Surface面板单击Sweep Surface，在Method下拉列表框中选择Vector，单击Through 2 points文本框后的箭头，在主窗口依次选择P_A和P_F，定义拉伸矢量；单击Swept curves文本框后箭头，在主窗口选择Step3中创建的C_1，单击鼠标中键确定。

注意：本操作通过拉伸方法创建面，Swept curves为被拉伸曲线，P_A和P_F定义拉伸方向和长度。
在Model中将Surface单击右键将Solid改为transparent。
Step7、创建换热器外壁面
采用Step6的方法，通过P_A和P_F定义拉伸矢量，拉伸Step4中生成的C_2创建换热器外壁面。

Step8、创建换热器底面
单击Geometry标签栏的Create/Modify Surface，在Create/Modify Surface面板单击Simple Surface，在Method下拉列表框中选择From 2-4 Curves，然后单击Curves文本框后箭头，在主窗口依次选择如图所标示的两条Curve，单击鼠标中键确定，生成换热器底面。

Step9、创建换热器顶面
采用Step8的方法创建换热器顶面，结果如下图所示。至此完成换热器壳体面的生成工作。

创建螺旋管

Step10、创建螺旋线上的点
单击Geometry标签栏的Create Point按钮，在Create Point面板单击XYZ（Explict Coordinates），在Method下拉列表框中选择Creat multiple points，在m1 m2 …… mn OR m1，mn，incr文本框输入“0，1，0.05”定义变量m，在F(m)→X文本框定义X=0.75cos(m720)，在在F(m)→Y文本框定义Y=0.75sin(m720)，F(m)→Z文本框定义Z=0.5+m，单击Apply按钮生成位于拉伸线上的点。


注意：本操作通过函数创建点，Coords as a functin f（m…）各选项的意义如下所示。
1、m1 m2 ……mn OR m1，mn，incr：两种定义变量m的方法。“m1 m2 …… mn”，即依次列出m的值，如输入“1 2 3 4”，则变量m={1，2，3，4}。“m1，mn，incr”，即通过定义端点坐标和增益值的方法定义参数m，如输入“1，4，1”可以实现和“m1 m2 …… mn”相同的参数定义。
2、F(m)→X，F(m)→Y，F(m)→Z，定义X、Y、Z三个坐标轴的坐标函数。例如，在F(m)→X文本框输入“m+1”，F(m)→Y文本框输入“m*6”，F(m)→Z文本框输入“（m+2）*sin(30)”，最后生成的点集坐标分别为（2，6，1.5）、（3，12，2）、（4，18，2.5）、（5，24，3）。
3、此外，ICEM的输入栏中支持简单的数学函数，包括+、-、/、×、^、（）、sin()，cos()、tan()、asin()、acos()、atan()、log()、log10()、exp()、sqrt()、abs()等，其中角度为度。
Step11、补齐螺旋线上的点P_H
单击Geometry标签栏的Create Point按钮，在Create Point面板单击Base Point and Delta，定义DX=0、DY=1、DZ=0.125，单击Base point文本框后的箭头，在主窗口中选择标示的P_G，单击鼠标中键确定，生成P_H。

Step12、补齐螺旋线上的点P_J
采用Step11中的方法，以P_I为基准，以DX=0、DY=-1、DZ=-0.125为增量创建点P_J。

Step13、创建螺旋线
单击Geometry标签栏的Create/Modify Curve，在Create/Modify Curve面板单击From Points，单击Points文本框后的箭头，在主窗口按顺序选择Step10~Step12创建的各点，单击鼠标中键确定，生成螺旋线如下图所示。

注意：Step10~Step12创建螺旋线上的点，其中Step11和Step12创建的点保证螺旋线可以伸出换热器外壁，以便于创建完整的换热器螺旋管。选择节点时一定要按照一定顺序，顺序错乱导致曲线扭曲。
Step14、创建扫掠线上的点
采用Step11中的方法，以P_H为基准，以DX=0.125、DY=0、DZ=0和DX=0、DY=0、DZ=0.125为增量，分别创建P_K和P_L。

Step15、创建扫掠线
采用Step3中的方法，以P_H为圆心，以P_K和P_L为经过圆弧的两点创建扫掠线。

Step16、创建螺旋管
单击Geometry标签栏的Creat/Modify Surface，在Creat/Modify Surface面板单击Curve Driven，单击Driving curve文本框后的箭头，在主窗口选择Step13中创建的螺旋线，单击Driven curves文本框后的箭头，在主窗口选择Step15创建的扫掠线，创建螺旋管，如下图所示。

修改几何模型及创建Part

Step17、创建换热器外壁与螺旋管的交线
单击Geometry标签栏的Create/Modify Curve，在Create/Modify Curve面板单击Curtain Surface，在Method栏勾选Surface，单击Surfaces文本框后的箭头，在主窗口依次选择换热器外壁和螺旋管，单击鼠标中键确定，单击Apply按钮，创建交线C_A和C_B。


Step18、分割换热器外壁面
单击Geometry标签栏的Create/Modify Surface，在Create/Modify Surface面板单击Segment/Trim Surface，在Method下拉列表框中选择By Curve，单击Surface文本框后的箭头，在主窗口选择换热器外壁面，单击Curves文本框后的箭头，在主窗口选择Step17创建的交线C_A，单击Apply按钮确定，用C_A将换热器外表面分为两部分。采用相同的方法，用交线C_B分割换热器外壁面，此时换热器外壁面被分为三部分。

Step19、重新建立拓扑
Step18中对面的分割操作会导致冗余的线，因此首先删除所有Curve；然后重新建立拓扑，单击Geometry标签栏Repair Geometry，在Repair Geometry面板单击Build Diagnostic Topology，定义Tolerance=0.005，单击Apply按钮。


Step20、分割螺旋管
采用Step18中的方法，分别用C_A和C_B分割螺旋管，将其分为三部分。
Step21、删除面
单击Geometry标签栏Delete Surface，删除暴露在换热器外面的螺旋管。

注意：Step17~Step20为删除多余的螺旋管做准备。

Step22、重新建立拓扑
采用Step19中的方法，首先删除所有的点/线元素，然后通过建立拓扑重构点/线元素。


Step23、创建Part（换热器外壁面）
右击模型树Model→Parts→Create Part，在Part下拉列表框中输入WALL_OUT，在弹出Create Part面板中单击“Create Part by Selection”，单击Entities文本框后的箭头，在主窗口选择换热器外壁面及上下边线，单击鼠标中键确定。

Step24、创建其余Part
采用Step23中方法，参考下图依次定义其余Part，定义完成后，模型树下Part选项的变化下图所示。

Step25、定义BODY
单击Geometry标签栏Create Body，弹出Create Body面板，在Part下拉列表框中输入FLUID_HEAT，然后单击By Topology，在Method栏中选中Selected surfaces，单击Surfaces文本框后的箭头，在弹出的Select geometry面板单击Select items in a part，然后在Select part对话框中勾选H_IN、H_OUT和WALL_PIPE，单击Accept按钮确定。采用相同的方法选择C_IN、C_OUT、WALL_IN和WALL_OUT定义冷流体域FLUID_COLD，结果如图所示。至此，完成换热器几何生成工作。


注意：本操作定义Body，Body可以体现非结构自动体网格的材料特性，尤其对于在一个问题中包含多种材料时更是需要根据不同的材料定义Body。生成非结构体网格时若没有人为定义Body，ICEM会自动生成一个Body。ICEM提供两种Body定义方式：a)通过指定点位置定义Body；b）通过几何拓扑定义Body，任何一个封闭曲面空间均会被定义Body。

定义网格参数

Step26、定义网格全局参数
单击Mesh标签栏Global Mesh Setup，在Global Mesh Setup面板单击Global Mesh Setup，定义Scale factor=1，Max element=0.2，其他选项保持默认值，单击Apply按钮确定。

Step27、定义体网格全局参数
单击Mesh标签栏Global Mesh Setup，在Global Mesh Setup面板单击Volume Meshing Parameters，在Meth Type下拉列表框中选择Tetra/Mixed，在Mesh Method下拉列表框中选择Robust（Octree），其余保持默认设置，单击Apply按钮确定，定义体网格的类型和生成方法。

Step28、定义全局棱柱网格参数
单击Mesh标签栏Global Mesh Setup，在Global Mesh Setup面板单击Prism Meshing Parameters，在Growth law的下拉列表框中选择exponential；分别定义Min prism quality=0.1、Ortho weight=0.5、Fillet ratio=0.10、Max prismangle=180、Max height over base=1.0；单击Apply按钮确定。

Step29、定义各个Part的网格参数
单击Mesh标签栏Part Mesh Setup，弹出Part Mesh Setup窗口，定义C_IN和C_OUT的最大网格尺寸（max size）为0.15；定义H_IN和H_OUT的最大网格尺寸为0.05；在WALL_PIPE、WALL_IN和WALL_OUT行勾选prism，在壁面位置生成棱柱网格，棱柱网格参数如图所示，单击Apply按钮确定，至此完成网格生成参数定义。

Step30、保存几何模型
选择File→Geometry→Save Geometry As，保存当前几何模型为Heat_Transfer.tin。

生成网格

生成网格

Step31、生成网格
如图所示，单击Mesh标签栏Compute Mesh，在Compute Mesh面板中单击Volume Mesh，勾选Create Prism Layers，其余参数保持默认设置，单击Compute按钮生成网格，生成的网格。






Step32、观察内部网格
a)、右击模型树Model→Mesh，勾选Shell和Volumes，显示壳网格和体网格，右击模型树Model→Mesh→Shells→Solid&Wire；
b)、右击模型树Model→Mesh→Cut Plane→Manage Cut Plane，弹出Mange Cut Plane面板；
c)、在弹出的面板中，勾选Show Cut Plane和Show whole elements，在Method下拉列表框中选择by Coefficients，定义Ax=0，By=1、Bz=0，定义Fraction Value=0.5，单击Apply按钮，观察Y轴中面处的体网格。

注意：内部网格为体网格，因此首先在模型树下勾选Volumes，显示体网格。通过Ax+By+Cz+D=0的方式定义观察切面。A、B、C的值定义观察切面的方向。A=1、B=0、C=0时，观察切面与X轴垂直；A=0、B=1、C=0时，观察切面与Y轴垂直；A=0、B=0、C=1时，观察切面与Z值垂直。通过滚动条可以调节切面的位置，也可通过输入具体的数值（Fraction Value）准确定义切面位置。
Step33、检查网格质量
单击Edit Mesh标签栏Display Mesh Quality，在Mesh type to check栏选择TETRA_4、TRI_3、PENTA_6、QUAD_4、PYRA_5五种单元类型；在Element to check栏勾选All，检查所有的网格单元，在Criterion下拉列表框中选择Quality作为质量好坏的评判标准，单击Apply按钮确定。网格质量在消息窗口以文字形式显示，在柱状图区以图表形式显示。

Step34、保存网格
选择File→Mesh→Save Mesh As，保存当前的网格文件为Heat_Transfer.uns。

导出网格

Step35、选择求解器
单击Output Mesh标签栏select solver，选择求解器。本节以FLUENT作为求解器，因此在Output Solve下拉列表框中选择Fluent_V6，单击Apply按钮确定。
Step36、保存网格
在标签栏选择Output，单击Write input，保存FBC和ATR文件为默认名，在弹出对话框中单击No，不保存当前项目文件，在弹出的窗口中选择Step34保存的Heat_Transfer.uns。在随后弹出对话框的Grid dimension栏选中3D，即输出三维网格；可以在Output file文本框内修改输出的路径和文件名，将文件名改为Heat_Transfer，单击Done按钮，导出网格。此时可在Output file文本框所示的路径下找到Heat_Transfer.msh，至此完成网格生成工作。

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来源： https://blog.csdn.net/weixin_48615832/article/details/115179953