叶片泵设计叶轮网格划分技术

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：图4.2-13 检查完叶轮几何体后的界面注：完成后，通过建立Block对几何体进行划分，有点类似中学生学习的投影。图4.2-14 只显示点线的叶轮几何体建立Block（块）为叶轮划分块的思想是先划分一个流道的块，然后生成网格，最后旋转阵列网格，检查网格是否有错误，最后输出网格文件。图4.2-17 点的关联图4.2-18 Block关联几何体后界面13）在现有Block的基础上通过拉伸面的方式，建立包含整个流道的完整Block。

1.打开ICEM软件

在开始按钮中选择【所有程序】→【ANSYS14.5】→【Meshing】→【ICEM CFD14.5】。

2导入多级泵模型

1）在菜单栏中，选择【File】→【ImportGeometry】→【STEP/IGES】，弹出的对话框如图4.2-3所示。

2）选择对应的stp/step/igs/iges格式的几何文件，单击【打开】出现图4.2-4所示对话框。

图4.2-3 选择几何模型对话框

图4.2-4 导入几何模型对话框

一切按照默认，单击【OK】，在接下来的对话框选择【yes】，就成功导入了几何模型，如图4.2-5所示的几何体显示。

图4.2-5 导入的几何模型

在本章中，用ICEM划分网格一般是对单个部件而言。因此，导入装配体的几何模型后，需要把多余的部件删除，操作如下。

3）按Ctrl键选择删除除叶轮几何以外的所有部件，如图4.2-6所示，单击右键，选择【Delete】→【Delete】，最后只剩下叶轮部件，如图4.2-7所示。

图4.2-6 几何体装配需要删除Part

图4.2-7 叶轮Part

3.定义边界

成功导入几何体后，首先定义边界面，原则上尽量以后处理方便为准则，即后处理中如果要单独提取叶片工作面或背面的压力云图、温度云图等，就需要单独定义叶片的工作面或背面的Part；同样的，如果不需要，则可以把工作面背面定义为一个Part；以此类推，后处理需要单独提取哪个部件的云图等数据，则需要单独定义那一部分的Part，图4.2-8所示为叶轮定义的Part。

图4.2-8 完全定义的叶轮Part

本例中，当为了定义叶片的工作面的Part时，首先需要使几何体为面显示。

1）单击模型树下的【Geometry】→【Surfaces】，同时单击工具栏里的【】图标，会出现如图4.2-9所示的叶轮表面。

2）然后，选择模型树的【Parts】，单击右键选择【Create Part】，弹出图4.2-10所示的对话框，在Part中输入Part的名称，如“YL1-YP-GZM”（表示叶轮叶片的工作面，名字自定），同时单击【】图标，会有如图4.2-11所示的界面。

图4.2-9 显示面的叶轮几何模型

图4.2-10 定义Part的对话框

3）单击左键选择工作面，需要旋转叶轮而又不至于导致选错时，可以按住Ctrl，左键选择模型，单独按住左键可以继续选择工作面。

4）选完之后，单击中键确定，得到名称为YL1-YP-GZM的Part，如图4.2-12所示。

图4.2-11 定义Part界面

图4.2-12 生成Part后的模型树

5）同理，按上述过程定义背面，叶片进出口，叶轮进出口Part。

4.建立拓扑

（1）检查几何体

在划分结构化网格之前，先检查导入的几何体。

1）单击工具栏中的【Geometry】→【】→【OK】，得到如图4.2-13所示几何体红线边。

图4.2-13 检查完叶轮几何体后的界面

注：完成后，通过建立Block对几何体进行划分，有点类似中学生学习的投影。只是这里的投影并非垂直方向的投影，可能是各个方向（必须为正方向），原理在前几章中都有提到，这里就不再赘述，本章重点讲述Block的划分思路及操作方法。

2）首先要显示几何体的点、线，而不显示面，这样的设置有利于操作，如图4.2-14所示。

图4.2-14 只显示点线的叶轮几何体

（2）建立Block（块）

为叶轮划分块的思想是先划分一个流道的块，然后生成网格，最后旋转阵列网格，检查网格是否有错误，最后输出网格文件。

1）第一步，选择一个流道，建立周期辅助点，创建块。

选择【Blocking】→【】，弹出图4.2-15所示的对话框。Part中改为建立块的名称YL，选择【】，选流道内的任意两条空间曲线，建立一个名为【YL】的Block，如图4.2-16所示。

图4.2-15 创建Block对话框

图4.2-16 新建Block的界面

2）然后把块上的几个点关联到几何体上，单击【】弹出关联对话框，如图4.2-17所示，选择“Associate Vertex”图标。在“Entity”下勾选“Point”，选择点到点的关联方式，将块的顶点关联到几何点上，如图4.2-18和图4.2-19所示。

图4.2-17 点的关联

图4.2-18 Block关联几何体后界面1

3）在现有Block的基础上通过拉伸面的方式，建立包含整个流道的完整Block。功能栏里选择“Blocking”标签栏，“CreateBody”→“Extrude Face（s）”，完成后如图4.2-20所示。

4）通过上面同样的方法，把新建的块关联到点上面，如图4.2-21所示。

图4.2-19 Block关联几何体后界面2

图4.2-20 Block关联几何体后界面3

图4.2-21 Block关联几何体后界面4

5）以此类推，通过块的拉伸，创建整个流道的块结构，并按上述步骤进行块上点的关联。创建N分之一个叶轮流道块，如图4.2-22所示。

6）整体部分的块关联好了以后，把需要Y剖分、O剖分的部分选择剖分，相应的操作步骤在4.1节中已具体解释，这里展示剖分后的块如图4.2-23所示。

图4.2-22 一个流道的Block

图4.2-23 关联好的Block

7）关联点之后，需要把Block的边和几何体的边相互关联，选择【】，如图4.2-24所示。设置成功后，如图4.2-25所示。

图4.2-24 关联选项

图4.2-25 逼近几何体后的块

（3）对需要Y，O剖分的部分处理

通过上述步骤，把新建的块Y剖分，然后把剖分后的块关联到几何体上，点和点关联，线和线关联，面和面关联，通过这些操作，就实现了几何体的形状投影到块上，成为空间六面体网格，也就是我们通常所说的结构化网格。

在此，我们需要注意的是，上述方法讲述的是单个流道的划分方法，而我们需要的是整个叶轮水体的网格，在这里就需要把生成的网格圆周阵列。在阵列之前，生成网格时要把几何体相交处的网格的关联删除，否则相当于在叶轮水体多了一部分额外的水流面。

（4）对关联面的处理

删除周期面关联操作如下：

1）选择【Blocking】→【】→【】，得到如图4.2-26所示的对话框，按图中操作所示，出现图4.2-27所示的界面，选择交界面单击左键，单击中键确定。

图4.2-26 删除关联面选项

图4.2-27 删除关联面界面

完成以上操作后，需要预览网格，查看时候有明显的关联问题。操作如下：

2）选择【Mesh】→【】→【】，得到如图4.2-28所示的对话框。

这里要注意的是Scale Fators的值必须为2的N次方，而Scale Fators与Maxelement两者之积为最大网格尺寸。

3）设置好了网格尺寸后，设置预览网格，操作如下：选择【Blocking】→【】→【】→【OK】。

4）设置完成后，在模型树下，单击【Blocking】→【Pre-mesh】→【】→【yes】，弹出图4.2-29所示的网格界面。

图4.2-28 定义网格尺寸

图4.2-29 生成预览网格

5.生成网格

1）检查后发现网格没有问题后，把预览网格转换成真实网格，操作为：单击模型树中【Pre-mesh】→【右键】→【Convert to Unstruct Mesh】，出现如图4.2-30所示的网格。

2）把生成的网格圆周阵列后，就完成了叶轮水体结构化网格的划分过程。其操作如下：

选择【Edit Mesh】→【】，出现如图4.2-31所示的对话框。

图4.2-30 转换为非结构格式的网格

图4.2-31 阵列网格的选项

需要注意的是，在上述的操作过程中，当选择网格图标后，会出现如图4.2-32所示的选择条，一定要选择【】，生成网格如图4.2-33所示。

图4.2-32 选项条

3）生成网格后，会出现负体积，点重复等相应问题，需要检查。选择【Edit Mesh】→【】→【Apply】，最后检查没有问题，就可以输出网格了。

4）选择【Output】→【】，弹出如图4.2-34的对话框，操作如图所示。在弹出的对话框中，选择【Yes】→【Done】，最后完成叶轮结构化网格的划分与输出。

图4.2-33 生成叶轮网格

图4.2-34 输出网格选项

上述过程的叶轮水体的结构化网格划分中的拓扑思路，仅仅是众多分块方法中的一种，这种方法的好处就是容易看懂分块思路，对于初学者更容易入手结构化网格。当然，它也有不足之处，就是不能很好地保证叶轮壁面的边界层层数大于十层，由于篇幅有限，不再赘述。

叶片泵设计叶轮网格划分技术

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