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基于區(qū)域的網(wǎng)格化多區(qū)域熱交換器

2022-01-09 21:06:50·  來(lái)源：新能源熱管理技術(shù)  
　
本文說(shuō)明了在STAR-CCM+ 中處理多區(qū)域時(shí)如何使用面網(wǎng)格和體網(wǎng)格生成工具。從 Parasolid Transmit 幾何開(kāi)始構(gòu)建含有棱柱層的多區(qū)域多面體網(wǎng)格 （從 CAD 軟件包導(dǎo)出
本文說(shuō)明了在STAR-CCM+ 中處理多區(qū)域時(shí)如何使用面網(wǎng)格和體網(wǎng)格生成工具。
從 Parasolid Transmit 幾何開(kāi)始構(gòu)建含有棱柱層的多區(qū)域多面體網(wǎng)格 （從 CAD 軟件包導(dǎo)出）。定義適當(dāng)?shù)倪吔纾瑸槊總€(gè)區(qū)域創(chuàng)建網(wǎng)格，并在區(qū)域之間的交界面處創(chuàng)建共形網(wǎng)格。
擬被網(wǎng)格化的熱交換器裝配包含多個(gè)流體通道，這些通道由兩個(gè)端室連接，其中一端室被分割，藉此強(qiáng)制流體在系統(tǒng)中循環(huán)。流域被包含在一個(gè)實(shí)體圓柱體內(nèi)，圓柱體是空心的。兩個(gè)單獨(dú)的體包含在單一Parasolid Transmit 文件內(nèi)。這些是幾何的流體和實(shí)體零部件。
熱交換器幾何如下圖所示。該容器是對(duì)稱(chēng)的，因此僅導(dǎo)入和網(wǎng)格化半個(gè)幾何。


導(dǎo)入面網(wǎng)格
l文件如下，以面網(wǎng)格格式導(dǎo)入：
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1zsqUTThnPC-f1eoJcIvJfg
提取碼：46ik
l將模擬另存為 heatExchanger.sim。
定義區(qū)域名稱(chēng)和類(lèi)型
在導(dǎo)入過(guò)程中，Parasolid Transmit 文件幾何被轉(zhuǎn)換為三角化表面表示，其中包含兩個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域一個(gè)邊界表面。根據(jù)提供的角度為每個(gè)區(qū)域增加了特征線。
通過(guò)使用以上組合，導(dǎo)入過(guò)程產(chǎn)生了兩個(gè)完全不同且相互分離的區(qū)域，沒(méi)有任何共享表面。
查看導(dǎo)入過(guò)程中創(chuàng)建的區(qū)域。
1.展開(kāi)區(qū)域節(jié)點(diǎn)。
在導(dǎo)入過(guò)程中創(chuàng)建了兩個(gè)區(qū)域，它們是體 1 和體 2。
2. 將體 1 節(jié)點(diǎn)重命名為流體。
3. 將體 2 節(jié)點(diǎn)重命名為實(shí)體。
4. 選擇實(shí)體節(jié)點(diǎn)，并將類(lèi)型設(shè)置為實(shí)體區(qū)域。
定義邊界
確定流體、對(duì)稱(chēng)和交界面邊界，以便可以為它們分別生成適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格。
CAD 導(dǎo)入結(jié)果是每個(gè)區(qū)域一個(gè)邊界。用以區(qū)分各個(gè)邊界表面的 CAD 信息被存儲(chǔ)為塊。使用塊信息可以將邊界表面分割為構(gòu)成邊界。
抽取流體邊界
分割流體區(qū)域邊界。
1.展開(kāi)區(qū)域 > 流體 > 邊界節(jié)點(diǎn)。
2.右鍵單擊邊界 1 節(jié)點(diǎn)，然后選擇通過(guò)塊進(jìn)行分割。
3.出現(xiàn)根據(jù)塊分割邊界對(duì)話框。系統(tǒng)根據(jù)其塊定義，為屬于流體區(qū)域的表面涂上顏色。所有其他表面是半透明的：


可使用根據(jù)塊分割邊界對(duì)話框選擇一個(gè)或多個(gè)塊，然后從原始邊界創(chuàng) 建邊界。通過(guò)單擊適當(dāng)?shù)拿嬷苯釉谀Ｐ蜕线x擇塊；相應(yīng)的塊編號(hào)在對(duì) 話框中突出顯示。
為流體區(qū)域創(chuàng)建下列邊界：
4.在根據(jù)塊分割邊界對(duì)話框中，選擇塊編號(hào) 12。
相關(guān)的邊界在模型中突出顯示。
4. 將邊界名稱(chēng)設(shè)置為進(jìn)口，然后單擊創(chuàng)建。
新抽取的邊界塊被從列表中刪除，模型中不再顯示。
5.重復(fù)以上過(guò)程以創(chuàng)建下列邊界：


6.在根據(jù)塊分割邊界對(duì)話框中，單擊關(guān)閉。
進(jìn)口、出口和對(duì)稱(chēng)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)在流體 > 邊界節(jié)點(diǎn)下方。流體區(qū)域的原始邊界（邊界 1）現(xiàn)在由只屬于流體區(qū)域和實(shí)體區(qū)域之間的交界面的表面組成。這種將所有表面納入同一邊界的方法使得以后的交界面定義更容易。
重命名和設(shè)置流體邊界類(lèi)型
為每個(gè)邊界設(shè)置適當(dāng)?shù)倪吔珙?lèi)型。
1. 展開(kāi)區(qū)域 > 流體 > 邊界節(jié)點(diǎn)。
2.將邊界 1 節(jié)點(diǎn)重命名為交界面。
3.設(shè)置下列屬性：


抽取實(shí)體邊界
使用“通過(guò)塊進(jìn)行分割”方法抽取實(shí)體邊界。
1. 右鍵單擊區(qū)域 > 實(shí)體 > 邊界 > 邊界 1 節(jié)點(diǎn)，然后選擇通過(guò)塊進(jìn)行分割。
出現(xiàn)根據(jù)塊分割邊界對(duì)話框。系統(tǒng)根據(jù)其塊定義，為屬于實(shí)體區(qū)域的表面涂上顏色。所有其他表面是半透明的，如下圖所示：


2. 在根據(jù)塊分割邊界對(duì)話框中，為實(shí)體區(qū)域創(chuàng)建下列邊界：




邊界塊被從列表中刪除，模型中不再顯示。圓柱體外壁面、對(duì)稱(chēng)和圓 柱體內(nèi)壁面節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)在實(shí)體 > 邊界節(jié)點(diǎn)的下方。實(shí)體區(qū)域的原始邊界 （邊界 1）現(xiàn)在由只屬于實(shí)體區(qū)域和流體區(qū)域之間的交界面的表面組 成。
重命名和設(shè)置實(shí)體邊界類(lèi)型
為每個(gè)邊界設(shè)置適當(dāng)?shù)倪吔珙?lèi)型。
1. 展開(kāi)區(qū)域 > 實(shí)體 > 邊界節(jié)點(diǎn)。
2. 將邊界 1 節(jié)點(diǎn)重命名為交界面。
3. 設(shè)置下列屬性：


定義交界面
兩個(gè)區(qū)域需要一個(gè)原位界面來(lái)連接，這樣，在面網(wǎng)格和體網(wǎng)格生成過(guò)程中 才能在共同交界平面上生成共形網(wǎng)格。在本例中，如果沒(méi)有創(chuàng)建交界面， 那么面網(wǎng)格化和體網(wǎng)格化將無(wú)法正確執(zhí)行，原因是近鄰邊界的緊密接近。
1. 同時(shí)選擇下列節(jié)點(diǎn)：
? 區(qū)域 > 流體 > 邊界 > 交界面
? 區(qū)域 > 實(shí)體 > 邊界 > 交界面
2. 右鍵單擊其中一個(gè)選定節(jié)點(diǎn)，然后選擇創(chuàng)建交界面。三個(gè)交界面節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)在模擬樹(shù)中：
? 區(qū)域 > 流體 > 邊界 > 交界面 [交界面 1]
? 區(qū)域 > 實(shí)體 > 邊界 > 交界面 [交界面 1]
? 交界面 > 交界面 1


前兩個(gè)節(jié)點(diǎn)組成流體區(qū)域和實(shí)體區(qū)域之間的原位內(nèi)部邊界交界面的兩個(gè)半部分。
選擇網(wǎng)格化模型
選擇表面重構(gòu)、多面體網(wǎng)格生成器和棱柱層網(wǎng)格生成器。
1. 右鍵單擊連續(xù)體 > 網(wǎng)格 1 > 模型節(jié)點(diǎn)，然后選擇選擇網(wǎng)格化模型。
2. 在網(wǎng)格 1 模型選擇對(duì)話框中，選擇下列模型：


這些模型的默認(rèn)屬性適合此模擬。
設(shè)置參考值
設(shè)置參考值以生成網(wǎng)格。
在本例中，對(duì)棱柱層厚度和表面尺寸值指定了絕對(duì)尺寸。雖然模型尺寸以 米為單位（在導(dǎo)入 Parasolid Transmit 文件過(guò)程中自動(dòng)設(shè)置），但可以使 用任何單位為網(wǎng)格生成器指定輸入。
增加表面接近的間隙值中的點(diǎn)數(shù)值，可在管路和圓柱體內(nèi)表面附近獲得更 高的表面三角劃分密度，而這會(huì)相應(yīng)地增大體網(wǎng)格單元的密度。
1. 展開(kāi)連續(xù)體 > 網(wǎng)格 1 > 參考值節(jié)點(diǎn)。
2. 設(shè)置下列屬性：


在交界面上增加棱柱層
在流體區(qū)域和實(shí)體區(qū)域之間生成原位交界面后，將會(huì)在模擬樹(shù)中的交界面節(jié)點(diǎn)中創(chuàng)建一個(gè)節(jié)點(diǎn)。此節(jié)點(diǎn)可控制交界面任一側(cè)的網(wǎng)格條件。
默認(rèn)條件下，在交界面任一側(cè)增加棱柱層選項(xiàng)被設(shè)置為“關(guān)閉”。在本例中，僅需要流體側(cè)的棱柱層，原因是不必為實(shí)體材料區(qū)域添加棱柱層。為實(shí)現(xiàn)此目的，激活交界面的棱柱層生成選項(xiàng)，但針對(duì)實(shí)體，禁用區(qū)域級(jí)棱柱層生成。
1. 展開(kāi)交界面 > 交界面 1 > 網(wǎng)格條件節(jié)點(diǎn)。
2. 選擇界面棱柱層選項(xiàng)節(jié)點(diǎn)，激活從界面增長(zhǎng)棱柱體。
激活此選項(xiàng)表示從交界面兩側(cè)均生成棱柱層。
設(shè)置區(qū)域網(wǎng)格選項(xiàng)
激活或禁用棱柱層生成選項(xiàng)的控制范圍是區(qū)域。
要禁用實(shí)體區(qū)域的棱柱層：
1. 展開(kāi)區(qū)域 > 實(shí)體 > 網(wǎng)格條件節(jié)點(diǎn)。
2. 選擇自定義棱柱體網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)，然后將自定義棱柱體網(wǎng)格設(shè)置為禁用。
至此已禁用實(shí)體區(qū)域中邊界的棱柱層生成。但如果決定為屬于此區(qū)域的邊界指定自定義值，則會(huì)覆蓋區(qū)域級(jí)指定。在本例中不需要這樣做。
運(yùn)行表面重構(gòu)
由于同時(shí)選擇了表面重構(gòu)和體網(wǎng)格生成器模型，所以接下來(lái)可同時(shí)生成兩種網(wǎng)格。但出于培訓(xùn)目的，在本教程中，首先要生成表面重構(gòu)網(wǎng)格并進(jìn)行查看，然后再生成體網(wǎng)格。
1. 要生成表面重構(gòu)網(wǎng)格，可使用下列兩種方法之一：
? 在網(wǎng)格生成工具欄中，單擊（生成面網(wǎng)格)，或
? 選擇網(wǎng)格 > 生成面網(wǎng)格。
“輸出”窗口中顯示表面重構(gòu)的輸出，狀態(tài)欄中顯示狀態(tài)。當(dāng)過(guò)程完成后，“輸出”窗口中顯示消息：Surface Meshing Pipeline Completed。
要查看重構(gòu)表面表示：
2. 展開(kāi)場(chǎng)景節(jié)點(diǎn)。
3. 右鍵單擊幾何場(chǎng)景 1 節(jié)點(diǎn)，然后選擇應(yīng)用表示 > 重構(gòu)表面。
場(chǎng)景隨之更新，顯示熱交換器單元幾何的三角化表面。


可以在幾何的彎曲零部件（即管路）上看到基于表面曲率和接近的細(xì)化。要查看重構(gòu)表面的屬性，可單擊“表示”節(jié)點(diǎn)中適當(dāng)?shù)墓?jié)點(diǎn)。
運(yùn)行多面體網(wǎng)格生成器
運(yùn)行多面體網(wǎng)格生成器和棱柱層體網(wǎng)格生成器。
1. 要運(yùn)行多面體網(wǎng)格生成器和棱柱層網(wǎng)格生成器，可使用下列兩種方法之一：
? 在網(wǎng)格生成工具欄中，單擊（生成體網(wǎng)格），或
? 選擇網(wǎng)格 > 生成體網(wǎng)格。
像以前一樣，輸出窗口中顯示網(wǎng)格生成器的輸出，狀態(tài)欄中顯示當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)過(guò)程完成后，輸出窗口中顯示消息：Volume meshing Pipeline Completed。通過(guò)向上滾動(dòng)輸出窗口，可看到核心和棱柱層網(wǎng)格的生成過(guò)程的總結(jié)。
要查看體網(wǎng)格表示：
2. 展開(kāi)場(chǎng)景節(jié)點(diǎn)。
3. 右鍵單擊幾何場(chǎng)景 1 節(jié)點(diǎn)，然后選擇應(yīng)用表示 > 體網(wǎng)格。
場(chǎng)景隨之更新，顯示為流體區(qū)域生成的含有近壁棱柱層的多面體網(wǎng)格：


以下是進(jìn)氣室附近的網(wǎng)格的細(xì)節(jié)圖：


要查看流體體網(wǎng)格的屬性（包含流體區(qū)域中網(wǎng)格單元的數(shù)量）：
4. 展開(kāi)表示 > 體網(wǎng)格 > 有限體積區(qū)域節(jié)點(diǎn)。
5. 選擇流體節(jié)點(diǎn)。


同樣的，要查看實(shí)體體網(wǎng)格的屬性：
6. 選擇實(shí)體節(jié)點(diǎn)。


網(wǎng)格單元、內(nèi)部面和節(jié)點(diǎn)各項(xiàng)屬性的確切值可能與上述不同，具體值 取決于機(jī)器精度。 
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