网格划分演练：优化方案与实践

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：图3.1-75 挪动Vertices图3.1-76 调整背部Vertices位置通过调整，块的背部上的Vertices点位置进过适当调整后，块的背部处长宽比更加合理，我们换个视角来看看块的划分，将视图调整到近似为俯视图，如图3.1-77所示。

本节给大家举一个例子，好让大家立马上手来操练一番，以便于在实践中更加深刻地理解刚刚所学的知识。

找一台典型的轴流泵，如图3.1-60所示。

图3.1-60 轴流泵模型

下文将以流体机械中划分网格较为困难的叶轮水体（见图3.1-61）为例，简述如下（为便于读者理解，将几何体进行简化）。

图3.1-61 叶轮水体

我们先从拓扑学的角度观察它的拓扑特点。首先，我们看到，叶轮水体部分是较矮的管柱体，还看出，这个叶轮水体有三个叶片，那么我们对这个叶轮水体进行拓扑变形后，可以变化为图3.1-62。

我们知道，在画叶轮水体的结构化网格时，为了降低划分网格的工作量，只划分一个叶片周围的水体，然后通过设置周期点，再将生成的网格旋转复制从而完成网格的划分。对图3.1-62这个拓扑变形后几何体，我们同样这样做，如图3.1-63所示。

图3.1-62 拓扑变形后的水体

图3.1-63 一个叶片周围的水体

接下来，我们一步一步地进行结构化网格的划分。

1.设定工作目录

1）选择【File】→【Change Working Dir…】设定工作目录。（工作目录就是用来储存画网格时生成的文件的，如prj、blk、uns、tin等多种文件。）

2）导入几何体，选择【File】→【Import Geometry＞STEP/IGES】导入外部几何体。

以上两步完成后，如图3.1-64所示。

图3.1-64 导入ICEM CFD的图形

2.拓扑检查

1）先打开面显示。单击控制树“Geometry”前的“+”号，展开“Geometry”，勾选“Surfaces”，然后单击或右键单击“Surface”，在弹出的对话框中勾选“Solid”，结果如图3.1-65所示。

2）进行拓扑检查。单击，接着单击左下角的，单击【apply】确认，效果如图3.1-66所示。可以看到，图形窗口中边线全为红色，说明几何模型状况良好，如果出现黄线，需要调大“Tolerance”或者修补几何体。

3.块的划分

这是整个网格划分过程中，非常重要的一步，也是结构化网格划分过程中最为困难的一步。

1）先生成初始块。先切换至“Blocking”标签页下，单击，单击【apply】确认，如图3.1-67所示。

2）接着进行块的切分。单击，接着单击左下角的，将图3.1-67所示的初始块进行适当的划分，结果如图3.1-68所示。

图3.1-65 打开面显示的几何体

图3.1-66 拓扑检查后

图3.1-67 生成初始块

图3.1-68 对初始块进行划分

3）对划分的九宫格最中间一块进行O型块的划分，单击左下角的，选择中间块，选择中间块的前后面，如图3.1-69a所示。最后单击【apply】，完成O型块的划分，如图3.1-69b所示。

图3.1-69 O型块划分

4）我们看到几何体中间部分是空的，为了对应，删除中间的块，单击，选择中间的块删除，如图3.1-70所示。

图3.1-70 块的删除

5）进行点的关联。单击，然后单击左下角的，先选择块上的点，然后再选择几何体上的点，单击中键确认后如图3.1-71所示。

对其他点也做同样的关联，如图3.1-72所示。

图3.1-71 点的关联

图3.1-72 另外点关联

我们从图3.1-72可以看出，分别用黄色粗线和绿色粗线标出块上的Edges需要和几何体上对应的曲线Curves进行关联。

6）进行线的关联。单击，再单击，分别选择对应的Edge和对应几何体上的Curves进行关联，关联后如图3.1-73所示，关联完成后Edge以绿色显示。

对其他点和边也按同样的方法进行关联，如图3.1-74所示，其中图a为正面视图，图b为背面视图，图c为俯视图。

图3.1-73 左边两条边的进行Edge关联

图3.1-74 Edge关联后的各个视图

7）由图3.1-74c中可以看出，几何体背部的一些Vertices不在对应的曲面上，我们需要使用来移动Vertices，使其移动到背部的曲面上，如图3.1-75所示。

由图3.1-75，我们看到块的划分不够合理，我们继续使用来适当挪动块的Vertices，使各块的大小和高宽比趋于更加合理，几何体背部调整后如图3.1-76所示。

图3.1-75 挪动Vertices

图3.1-76 调整背部Vertices位置

通过调整，块的背部上的Vertices点位置进过适当调整后，块的背部处长宽比更加合理，我们换个视角来看看块的划分，将视图调整到近似为俯视图，如图3.1-77所示。

图3.1-77 近似的俯视图

从图3.1-77这个角度可以看到，由黄色粗线标示出的块，其顶部的长宽比差异较大，有调整提高的空间，继续使用来调整，调整后如图3.1-78所示，其中图a为俯视图，图b为主视图。

图3.1-78 调整顶部块的Vertices

由图3.1-78b可以看到，下面块的Vertices点需要和上面的对齐。那么我们需要手动使用一个一个去调整吗？当然不是，即使有耐心和心情一个一个去手动调整，也无法保证良好对齐，因为手动调往往凭借感觉和眼睛。那要用什么方法呢？我们可以利用命令，单击，如图3.1-79所示。

功能是线通过设置参考点“Rel.Vertex”，然后选择通过修改哪些坐标值，如勾选“Modify X”“Modify Y”或“Modify Z”前面的方框，最后设置要对齐的点“Vertices to Set”，同时我们看到要对齐的点可以通过修改X、Y坐标值来对齐，对齐后如图3.1-80所示。

图3.1-79 Set Location功能菜单

图3.1-80 对齐Vertices后

从图3.1-80可以看出，对齐后块的分布好了许多，但是红色椭圆形标示出的部分，块较为畸形，长宽比过大，不利于生成高质量的网格，换个角度可以看得更清楚一些，如图3.1-81所示。接着使用对图进行调整，调整后的分块情况如图3.1-82所示。

4.设置网格尺寸

在使用对几何体两边进行调整后，如图2.2.45所示。接着我们设置整体网格尺寸，切换到Mesh标签页下，单击，设置全局最大网格尺寸为2，单击【Apply】确认，如图3.1-83所示。

图3.1-81 中间长宽比过于悬殊的块

图3.1-82 调整后的分块

1）将全局网格尺寸更新到所有块上。切换到“Blocking”标签页，单击，点选“Update All”，然后单击【Apply】确认。

2）生成预览网格。在控制树“Blocking”标签页，勾选“Pre-Mesh”前的方框，生成预览网格如图3.1-84所示。

图3.1-83 设置全局网格尺寸

图3.1-84 生成预览网格

5.检查网格质量

要想知道网格的质量好坏，我们先得检查网格质量。单击检查网格质量，如图3.1-85所示。

图3.1-85 网格质量柱状图

从图3.1-85可以看出，我们画出的结构化网格质量还不错，可以生成网格并导出了。选择【File】→【Mesh】→【Load From Blocking】转化成非结构化网格。生成网格后，再次检查质量，切换到“Edit Mesh”标签页下，单击检查网格质量，如图3.1-86所示。

图3.1-86 实际网格质量柱状图

6.网格的导出

接着，我们导出网格。切换到“Output”标签页，先选择求解器，单击，选择“Output Solver”为“ANSYS CFX”，选择“Common Structural Solver”为“ANSYS”，如图3.1-87所示。

图3.1-87 Output项中求解器设置

选择完求解器，就可以正式导出了，单击，确认后，看到信息窗口中显示“Done with transition”后，说明导出成功。

网格划分演练：优化方案与实践

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