ICEM CFD教程 - 图文

ICEM CFD教程

四面体网格

? 对于复杂外形，ICEM CFD Tetra具有如下优点：

? 根据用户事先规定一些关键的点和曲线基于8叉树算法的网格生成，生成速度

快，大约为1500 cells/second

? 无需表面的三角形划分，直接生成体网格

? 四面体网格能够合并到混合网格中，并实施平滑操作 ? 单独区域的粗化和细化

? ICEM CFD的CAD(CATIA V4, UG, ProE, IGES, and ParaSolid, etc)接口，保留有CAD几

何模型的参数化描述，网格可以在修改过的几何模型上重新生成

这是生成的燃烧室四面体网格，共有660万网格，生成时间约为50分钟

?

八叉树算法

Tetra网格生成是基于如下的空间划分算法：这种算法需要的区域保证必要的网格密度，但是为了快速计算尽量采用大的单元。

1. 在几何模型的曲线和表面上规定网格尺寸

2. 构造一个初始单元来包围整个几何模型

3. 单元被不断细分来达到最大网格尺寸（每个维的尺寸按照1/2分割，对于三维就是

1/8）

4. 均一化网格来消除悬挂网格现象

5. 构造出最初的最大尺寸单元网格来包围整个模型 6. 节点调整以匹配几何模型形状

7. 剔除材料外的单元

8. 进一步细分单元以满足规定的网格尺寸要求

9. 通过节点的合并、移动、交换和删除进行网格平滑，节点大小位于最大和最

小网格尺寸之间

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非结构化网格的一般步骤

1. 输入几何或者网格

所有几何实体，包括曲线、表面和点都放在part中。通过part用户可以迅速打开/关掉所有实体，用不同颜色区分，分配网格，应用不同的边界条件。几何被收录到通用几何文件.tin中，.tin文件可以被ANSYS ICEM CFD’s所有模块 1.1输入几何体Import Geometry

? 第三方接口文件：ParaSolid、STEP、IGES、DWG、GEMS、ACIS? ? 直接接口：Catia、Unigraphics、Pro/E、SolidWorks、I-deas? 几

何变化网格可以直接随之变化

导入几何体之后，ICEM自动生成B-spline曲线和曲面，并在预先规定的点上设置顶点。

B-Spline曲线允许Tetra 处理表面上的间断。如果在表面的边界上没有定义曲线，Tetra划分的三角形会自由的越过间断。而预先规定的点会使得它认出曲线上尖锐的拐弯。

虽然在ICEM的import geometry中有UG选项，但通常不会直接导入，因为需要连接UG以及ICEM的脚本程序。

UG中的文件导入到ICEM CFD中可以在UG中另存为以下形式：Parasolid、STL、IGES、STEP、DWG和CATIA V4

1.2输入三角形表面网格Import Mesh

对于三角形表面网格，关键点和曲线能够自动的被识别。虽然Tetra生成的网格上的节点不完全和原始的网格重合，但是它会符合模型的形状。这对于从别的网格数据或者立体扫描数据中导入几何模型是很有用处的。 2**

生成和修改刻面

刻面—小面体：用三角形组成物体的表面形状

Move to new curve：将分段的曲线移除，形成一个新的曲线； Move to existing curve:将分段的曲线移到另一条已经存在的曲线

Convert from Bspline：将CAD表面转化成三角形表面数据，可以选择是否将旧的CAD表面删除；为了将三角形表面转化成Bspline曲面，Geometry > Create/Modify Surface > Merge/Reapproximate Surfaces.

Coarsen surface:降低小面体表面三角形的数量，在降低数据量的时候特别有用 Move to new surfaces：从选择的的三角形中创建一个新面 Move to existing surface:将选择的三角形移到一个已经存在的表面

Trim by screen:通过在屏幕上选点形成一个洞，并将这个洞从表面剪掉

Repair surface：创建一个B面patch to小面体表面，patch的面会投影到小面体上，小面体被相应的patch面剪掉，并被patch面代替（这个上图中没有，V12.0中有）

Creatcharater curve：在两个特征面之间用B面代替小面

2. Repair Geometry

主要目的：监测并且封闭相邻表面之间的间隙

? 创建拓扑

通过创建一些的curves and points建立表面与表面之间的联系，并判断几何体内的间隙以及洞的存在以及捕捉几何的关键特征。如果曲线在几何公差之内，这些曲线将会合并为一条，并以特定的颜色显现。注意这些曲线和点为网格的限制条件，强制网格节点沿着曲线布置。

黄色自由曲线（边仅与一个面相连）×

红色双边double edge curves（边与两个面相连）√ 蓝色三边multiple edge curves（边与三个面相连）√ 绿色unattaced curves（未与任一表面相连）× Curves和surfaces是一套，edges和faces是一套

丢失入口面

这个例子不能用close holes和remove holes，可以进行补面，在入口处重新插入一个面。 ? Tolerance

按模型给定的单元进行定义。控制两个surfaces的相近性。

两个表面之间不是完全接触的，ICEM自动用curve1投影到edge1，curve2投影到edge2。如果curve1和curve2之间的gap小于tolerance，这两条curves将会merge在一起。否则，生成黄色的线。

Filter points和filter curves

有些曲线被过滤掉

仅保留特征曲线

Single curve cleanup

如果curves距离小于single edge tolerance，那么curves将会merge.这对一些包括小特征的模型尤其重要，必须保证tolerance小于特征的尺度。 Split surface at T-connections

T连接形式的表面采用公共边进行分割与修剪。画网格时，网格也沿着公共边。 Join edge curves

根据所定义的角度讲小curves融合为一条曲线。 Use local tolerance

当局部小特征小于几何拓扑公差的时候，小特征将会被融合掉。适用于几何特征尺度相差特别大的几何体。

? Close holes

创建一个新的表面来封闭洞。封闭洞的必要条件就是曲线必须封闭。

? Remove holes

? Feature detect bolt holes

检测表面上的小孔，并调整其周围的网格

2*

恢复隐匿的实体，（通常在做repair时，会过滤掉一些去线和点，被过滤的曲线和点在

做网格时是不被考虑的，这里可以将他们恢复，作为网格划分工具的约束） 3. 定义family

如果families还未定义，那么首先需要对几何模型的不同区域分类以创建family。最初整个几何模型被设置为一个family，名称为GEOM或者PART_1 在CFD计算中所需要定义边界条件的表面必须定义成单独的family/part. 在display tree的part中右键可以对family进行编辑 4. 创建体

所创建的体就是将要被四面体网格所填充的区域，结构化网格可以不创建体，因为是根据块划分网格；非结构化网格必须定义体 体区域创建的两种方法：1.定义材料点 2.通过拓扑结构

5. 全局网格参数

设置整个几何的网格算法，进行全局控制 ?

全局网格尺寸

Global element scale factor：用这个因子乘其它参数可以得到实际网格的尺寸，控制全局（体、面、线） 例子：输入最大网格大小为4个单位，scale factor=3.5，那么实际最大单元尺寸为4*3.5=14个单位长度

Display:勾选这一项，在几何体上会出现scale factor大小的网格，有个定性的判断

Max element:控制模型中的最大尺寸。最大网格尺寸不会超过Max element乘以scale factor，ICEM中的推荐值为2的整数次幂，与八叉树算法相关。如果Max element设置为0，则ICEM自动开启Automatic sizing。Automatic sizing暂时设置一个最大的网格尺寸，与表面网格尺寸进行比较。如果没有进行表面尺寸网格设置，Automatic sizing将最大网格尺寸设置为0.025*几何边框尺寸；如果有进行表面网格尺寸的设置，Automatic sizing将最大网格尺寸定位表面网格上的最大尺寸。如果用户设置的网格尺寸太大>=0.1*边界框，ICEM会提示设定的网格尺寸过大，不能代表几何体，并询问是否采用autosizing。

Display:勾选这一项，在几何体上会出现最大网格尺寸的大小：勾选这一选项，网格会根据曲线曲率自动调整，这就导致在平板表面的网格要比高曲率处的网格大。网格计算的时候会最大限度的满足refinement和elements in gap的设置，但最终要受到min size limit的限制

Min size limit：设置模型的最小网格

Elements in gap：必须为正整数，在间隙之间用指定个数的网格进行代替

Refinement：用指定的网格数去代替一个圆

Ignore wall thickness：当模型中存在薄壁时，Elements in gap可能会过分细化薄壁处的网格，这使得总体网格数量显著增加。勾选Ignore wall thickness后在壁面处生成较大的网格，降低总体网格数量，但会导致不均匀性而降低网格质量，可以用Define thin cuts来进行处理。

Ignore wall thickness option disabled Ignore wall thickness option enled

? 壳/面网格

用于：薄板实体模型；2D截面分析；作为体网格输入条件；CFD表面网格 ICEM能快速生成表面网格（三角形/四边形）不论3d还是2d ? 生成网格的算法 Patch Dependent 特点：

? 基于几何曲面的边界线（对于壳/面网格只有patch dependent才能生成边界层网

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