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STAR-CCM+与流场计算：生成体网格，并设置加密控制区

2025-09-30 理论教育 版权反馈
【摘要】：图4-50 选择“Trimmer”和“Prism Layer Mesher”体网格尺寸采用表4-2中的数据。图4-51 新建加密区为较为正确地计算车体周围的气流流动特征，应在车体附近布置较多的体网格。设置完成后，同时选择三个网格加密控制区，如图4-57所示。图4-57 三个网格加密控制区图4-58 选择加密区1的体网格各向同性加密功能图4-59 输入加密区1的体网格加密尺寸3.计算域的添加针对修复后的Remesh网格，添加计算域。

1.体网格设置

选择“Trimmer”和“Prism Layer Mesher”作为体网格生成工具，如图4-50所示。

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图4-50 选择“Trimmer”和“Prism Layer Mesher”

体网格尺寸采用表4-2中的数据。

由于小汽车表面形状比较复杂，边界层网格采用统一的设置，如表4-2所示。

表4-2 小汽车边界网格尺寸设置

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2.设置网格加密区

网格加密区需要预先设定加密区域，右键点击[Tools]＞[Volume Shapes]＞[New Shape]＞[Block]，如图4-51所示。

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图4-51 新建加密区

为较为正确地计算车体周围的气流流动特征，应在车体附近布置较多的体网格。本例中，在汽车附近设置三个网格加密区，其中加密区1正好包围汽车车体（图4-52），加密区2（图4-53）和加密区3（图4-54）在三个方向的区域位置和加密尺寸均逐级扩大，通过拖拽6个方向的控制点即可实现。

各加密区域的加密尺寸如表4-3所示。

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图4-52 加密区1（Block 1）

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图4-53 加密区2（Block 2）

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图4-54 加密区3（Block 3）

表4-3 各加密区域的加密尺寸

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右键点击[Continua]＞[Mesh 1]＞[Volumetric Controls]＞[New]，新建网格加密控制区，如图4-55所示。

网格加密区1的设置如图4-56所示。选择Volumetric Control 1属性栏中“Shapes”项最右侧的978-7-111-35792-6-Chapter04-69.jpg按钮，在出现的对话框中选择“Block 1”。点击“OK”按钮完成设置，此时Volumetric Control 1左侧的灰色图标变为带红绿色的图标。

按同样方法设置其他网格加密区。设置完成后，同时选择三个网格加密控制区，如图4-57所示。

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图4-55 新建网格加密控制区

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图4-56 选择网格加密区

选择[Continua]＞[Mesh 1]＞[Volumetric Controls]＞[Volumetric Contro 1]＞[Mesh Conditions]＞[Trimmer],再选择其属性栏中的“Customize isotropic size”项，最后选择各向同性加密功能，如图4-58所示。可以看到，“Trimmer”项下面出现“Mesh Values”项。

展开[Continua]＞[Mesh 1]＞[Volumetric Controls]＞[Volumetric Control 1]＞[Mesh Values]＞[Custom Size]＞[Relative Size]项，在其属性栏中的“Percentage of Base”项中输入2.0，即加密体网格尺寸设置为0.02m，如图4-59所示。

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图4-57 三个网格加密控制区

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图4-58 选择加密区1的体网格各向同性加密功能

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图4-59 输入加密区1的体网格加密尺寸

3.计算域的添加

针对修复后的Remesh网格，添加计算域。右键点击[Representation]＞[Remeshed Sur-face]＞[Create Surface]＞[Create Block Surface]，如图4-60所示。

如果视图区没有打开，会弹出图4-61所示的“Create Block Surface”对话框。

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图4-60 添加计算域

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图4-61 计算域编辑区

也可选择将视图区打开，右键选择[Scenes]＞[New Scene]＞[Geometry]，生成新的几何视图，再右键点击[Representation]＞[Remeshed Surface]＞[Create Surface]＞[Create Block Surface]，打开的计算域编辑区如图4-62所示。这种做法有计算域编辑区可视化的优点，方便用户及时检查计算域设置的准确性。

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图4-62 可视化计算域编辑区

为方便后文在小汽车前端地面处设置无滑移边界条件，本例中设置两个block。依次生成车体前端block和车体block，其位置设置分别如图4-63和图4-64左侧的数据栏所示。在图4-63中，车体前端block有时候会显示不全，这是计算机显示方面能力不够的原因，实际在图4-64中，这个block是成功建立了的。

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图4-63 车体前端block位置设置

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图4-64 车体block位置设置

为方便对计算域各个面进行编辑，选择图4-63和图4-64左侧对话框中的“One Boundary Per Face”项，则所生成的两个计算域可分别分为六个面单独编辑。

点击“Close”按钮，完成计算域创建。在树形菜单中选择[Regions]＞[Region 1]＞[Boundaries]下的“Block Faces 6”和“Block Faces 7”两项，可知这两个面为两个计算域重叠的面，应删除，如图4-65所示。

如图4-66所示，删除这两个面。

右键点击[Representation]＞[Remeshed Surface]＞[Repair Surface…]，如图4-67所示，在“Diagnostics Options”对话框中仅保留“Check free edges”一项，检查网格中存在的自由边。

自由边的检查结果如图4-68所示。可以看到，删除的重叠面之间存在8条自由边。双击978-7-111-35792-6-Chapter04-80.jpg中带有“8”字的绿色方框，选中这8条自由边。

点击“Surface Repair”栏中的工具978-7-111-35792-6-Chapter04-81.jpg，将这些自由边合并。操作完成后，左侧978-7-111-35792-6-Chapter04-82.jpg中带有“8”字的绿色方框，数字自动变为“0”，表明自由边合并成功，如图4-69所示。

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图4-65 选择两个计算域重叠的面

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图4-66 删除两个计算域重叠的面

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图4-67 检查自由边

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图4-68 重叠面之间的自由边

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图4-69 自由边合并成功(https://www.chuimin.cn)

4.地面与车轮的处理

由于小汽车行驶时车轮与地面紧密接触，故计算域中的地面应与车轮进行相交处理，删除多余的部分。

这需要先生成地面和车轮的交线，再删除不需要的面。如图4-70所示，选择“1-Tires”和“Block Faces 9”这两个boundary，右键点击“Intersect”选项即完成相交操作。

右键选择[Regions]＞[Region 1]＞[Boundaries]＞[1-Tires]＞[Show Only This Part]，单独显示车轮，如图4-71所示。

右键选择[Regions]＞[Region 1]＞[Boundaries]＞[1-Tires]＞[Split Interactively…]，进行车轮的分割操作，如图4-72所示。

如图4-73所示，按住“Ctrl”键，在视图区中选择分割区，其中四个车轮共四个分割区。在左侧“Boundary Name”项输入“Tires-intersect”作为被分割出来的区域的名称，点击“Create”按钮完成车轮分割区的创建。

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图4-70 地面与车轮相交处理

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图4-71 单独显示车轮

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图4-72 boundary分割

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图4-73 选择分割区

点击“Close”按钮回到视图区，如图4-74所示，在树形菜单中选择[Regions]＞[Region 1]＞[Boundaries]＞[Tires-intersect]＞[Delete]，删除车轮上的分割区。

右键选择车体底部地面边界[Regions]＞[Region 1]＞[Boundaries]＞[Block Faces 9]＞[Split Interactively…]，进行地面边界分割操作，如图4-75所示。

如图4-76所示，按住“Ctrl”键，在视图区中选择分割区，共四个分割区。在左侧“Boundary Name”项输入“Block Faces 9-inersect”作为被分割出来的区域的名称，点击“Create”按钮完成地面分割区的创建。

在树形菜单中右键选择[Regions]＞[Region 1]＞[Boundaries]＞[Block Faces 9-inersect]＞[Delete]，删除地面分割区，如图4-77所示。

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图4-74 删除车轮上的分割区

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图4-75 地面边界分割

5.体网格的生成和检查

在划分体网格前，选择[Continua]＞[Mesh 1]＞[Models]＞[Trimmer]项属性栏中的“Run Optimizer”项，进行体网格划分完成后进行网格质量的优化操作，如图4-78所示。

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图4-76 创建地面分割区

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图4-77 删除地面分割区

删除包面和操作产生的特征线，如图4-79所示。这样可以取消特征线对体网格划分的限制，也就保证了体网格质量。

由于采用了边界层网格工具，软件会默认在各面上均划分边界层。计算域的进口、出口、顶面、汽车前端地面和两个侧面这六个面只是虚拟的计算域表面，无需划分边界层，而底部地面则应划分边界层。故本例中取消inlet、outlet、slip-ground、top、side-1和side-2六个面上的边界层网格。其中，slip-ground采用滑移边界条件是为了去除小汽车前方地面的边界层效应。

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图4-78 选择“Run Optimizer”项

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图4-79 删除特征线

如图4-80所示，选择[Regions]＞[Region 1]＞[Boundaries]＞[slip-ground]＞[Mesh Conditions]＞[Customize Prism Mesh]，将其属性栏中的“Customize Prism Mesh”项修改为“Disable”，即在该面上不划分边界层网格。

右键选择slip-ground边界，执行“Copy”命令，复制slip-ground边界的网格设置，如图4-81所示。右键选择inlet边界，执行“Paste”命令，粘贴slip-ground边界的网格设置，如图4-82所示。重复以上操作，完成其他滑移表面的设置。

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图4-80 取消边界层网格划分

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图4-81 复制slip-ground边界的网格设置

生成体网格前，需要先删除掉Representations节点下的Wrapped Surface网格子节点，只保留Remeshed Surface网格。这是因为体网格划分只能针对一套面网格进行。

如图4-83所示，选择[Derived Parts]＞[New Part]＞[Section]＞[Plane...]，生成截面，用于显示截面网格。

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图4-82 复制slip-ground边界的网格设置

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图4-83 生成截面

按图4-84所示设定截面位置数据。新建Mesh视图，如图4-85所示。双击[Scenes]＞[Mesh Scenes 1]＞[Displayers]＞[Mesh 1]＞[Parts]，选择新建立的平

面截面，如图4-86所示。打开Mesh视图，如图4-87所示。小汽车附近的网格如图4-88所示。点击菜单项[Mesh]＞[Diagnostic]，检查体网格质量，如图4-89所示。输出栏中的检查

结果显示如下：

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图4-84 设定截面位置数据

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图4-85 新建Mesh视图

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可以看出，体网格质量较好。

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图4-86 选择新建立的平面截面

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图4-87 打开Mesh视图

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图4-88 小汽车附近的网格

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图4-89 检查体网格质量

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