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2.3.4 ICEM CFD划分棱柱边界层网格(1)

《精通CFD工程仿真与案例实战---FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot(第2版)》本书详细介绍了FLUENT、GAMBIT、ICEM CFD和Tecplot基础理论、具体操作和典型的应用案例。本书是在原有第一版的基础上,增加了近几年CFD的热点应用,结合读者意见进行完善和改进后的第二版。 本节为大家介绍ICEM CFD划分棱柱边界层网格。

作者:李鹏飞/徐敏义/王飞飞来源:人民邮电出版社|2018-01-25 11:26

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2.3.4 ICEM CFD划分棱柱边界层网格(1)

1.进行棱柱网格划分的目的

为了更好地模拟边界层效应,并使网格和表面的正交性更好。通常用户可以利用ICEM CFD强大的棱柱层网格划分功能对某些特定曲面划分棱柱层,如图2-181所示。

2.棱柱网格的生成步骤

用户在创建棱柱层网格时,其具体划分步骤如下,之后本小节将对各个步骤做出详尽的介绍。

(1)设定全局棱柱层参数。

(2)选择产生棱柱层的部件,通常为壁面边界。

(3)为每个部件设定局部参数,设定完成之后,将会覆盖全局设定。如果用户采用默认参数0,则会采用全局设定。

(4)选定是否从存在的网格开始。

(5)选定是否作为体网格的一部分运行。

3.棱柱网格的设置参数

(1)全局参数。

跟上一节划分非结构网格类似,用户在为实体划分棱柱形网格时,首先要对实体棱柱层进行全局参数设定,以期获得一个初步的棱柱网格划分。

单击→,即可弹出如图2-182所示的棱柱层网格全局参数设置面板。

各个参数设置及其意义如下。

Growth law(增长规律):棱柱层网格从曲面出发,每层之间的高度的比值,包括指数形式增长(exponential)和线性增长(linear)两种方式。

Initial height:初始棱柱层网格的高度,如果用户不指定,则系统将自动计算。

Number of layers:棱柱的层数。

Height ratio:每层棱柱之间的高度比例。

Total height:总棱柱厚度。

用户必须指定4个参数(后面4个initial height、Number of layers、Height ratio、Total height)中的3个,才可以使用Compute params选项计算余下的参数,从而完成对棱柱网格的划分。

(2)局部参数。

用户可以用体网格划分的方法完成棱柱层网格的生成,也可以独立地生成棱柱层网格。单击→,弹出如图2-183所示的设置面板。单击Select Parts for Prism Layer按钮,即可弹出如图2-184所示的对话框。若用户不经过这一步局部棱柱网格参数设置,系统将会采用全局默认的参数来进行网格划分。独立生成棱柱层网格应从表面网格开始划分,若是从体网格开始划分,那么这个划分方法只能支持四面体,不能从六面体核心网格开始划分,且不能和内部六面体网格冲突。

① 激活prism选项,并设置其他几个参数。

height:初始棱柱层网格的高度,如果用户不指定,系统将自动计算。

num layers:棱柱的层数。

height ratio:每层棱柱之间的高度比例。

② 返回Compute Mesh设置面板,单击Compute按钮,完成操作。

4.棱柱网格光顺选项设置

在划分棱柱层时,应该注意保持棱柱网格生成与表面正交性(Fix Marching Direction)。图2-185所示为部分棱柱形全局参数,下面将对相关参数进行简单介绍。

Min prism quality:***允许棱柱质量。每层都受此限定,当质量不满足设置的参数时,重新对其进行光顺或者用金子塔形单元覆盖(或替换)。

Ortho weight:正交权因子。节点移动权因子,0表示提高三角形质量,1表示提高棱柱正交性。

Fillet ratio:圆角比率,即在拐角处圆滑棱柱网格线。0表示没有圆角,1表示圆角曲率等于棱柱层高度,图2-186所示为Fillet ratio分别取不同的值时,所对应的不同形式的棱柱层网格。如果在狭窄的空间内,通常夹角小于60°,可能就没有空间生成设定圆角比率的圆角。

Max prism angle:***棱柱角。这个角度能够控制弯曲附近或到邻近曲面的棱柱层生成,而在棱柱网格停止的位置会用金字塔形连接网格,通常设置为120°~180°。如果只从一个 part拉伸而临近的part不执行拉伸操作,并且两个曲面的夹角大于指定的值,那么棱柱网格会和临近的曲面分离并被金字塔形网格覆盖,这是为了防止棱柱体网格弯曲,以至于生成具有低质量角度的网格。但是金字塔形网格有时也会出现问题,因此在选择这个角度的时候,用户一定要根据实际的模型以及自身的经验来确定这个值。图2-187所示为Max prism angle取不同的角度时,表面棱柱层网格的不同形式。


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