使用STAR-CCM+进行体网格生成和检查

2023-10-17 理论教育版权反馈

【摘要】：将出现的“Copy of Block 1”项改名为“Block2”。图5-54 添加计算域图5-55 分割计算域表面图5-56 设置好的计算域图5-57 重命名Block Face 4图5-58 输入新名称图5-59 取消边界层划分4.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 Optimi-zer”项，体网格划分完成后进行网格质量的优化操作，如图5-60所示。

1.选择网格模型和尺寸

选择“Trimmer”和“Prism Layer Mesher”作为体网格生成工具，如图5-42所示。体网格尺寸采用表5-3中的数据。

表5-3 体网格尺寸设置

边界层网格采用表5-4中的数据。

图5-42 选择“Trimmer”和“Prism Layer Mesher”工具

表5-4 边界层网格尺寸设置

2.设置网格加密区

在列车附近设置三个网格加密区，其中加密区1（图5-43）位于转向架底部区域，加密区2（图5-44）和加密区3（图5-45）在三个方向的区域位置和加密尺寸均逐级扩大，加密区3包围了列车整体。网格加密区的设置方案如表5-5所示。三个方向的位置均用[最小值，最大值]的形式表示。

图5-43 加密区1

图5-44 加密区2

图5-45 加密区3

表5-5 网格加密区的设置

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]，生成网格加密区1——Block1，如图5-46所示。

网格加密区1的设置如图5-43所示。右键选择[Tools]＞[Volume Shapes]＞[Block1]＞[Copy]，复制Block1，如图5-47所示。

图5-46 新建Block1

图5-47 复制Block1

右键选择[Tools]＞[Volume Shapes]＞[Paste]，粘贴Block1，如图5-48所示。

将出现的“Copy of Block 1”项改名为“Block2”。重复以上操作，生成“Block3”，参照图5-47和图5～48进行设置。

连续三次右键点击[Continua]＞[Mesh 1]＞[Volumetric Controls]＞[New]，新建网格加密控制区Volumetric Control 1、Volumetric Control 2和Volumetric Control 3，如图5-49所示。

网格加密区1的设置如图5-50所示。选择Volumetric Control 1属性栏中Shape项最右侧的按钮，在出现的对话框中选择“Block 1”。

按同样方法设置其他网格加密区。同时选择三个网格加密控制区，如图5-51所示。

选择[Continua]＞[Mesh 1]＞[Volumetric Controls]＞[Mesh Conditions]＞[Volumetric Control 1]＞[Trimmer]，在其属性栏中“Customize isotropic size”项后面打上勾号，如图5-52所示。可以看到，“Trimmer”项下面出现“Mesh Values”项。

展开[Mesh Values]＞[Custom Size]＞[Relative Size]项，在其属性栏中的“Percentage of Base”项中输入6.0，即加密体网格尺寸为0.06m，如图5-53所示。

加密区2和加密区3也分别按照加密区1和表5-5中的设置方案设置。

图5-48 粘贴Block1

图5-49 新建网格加密控制区

图5-50 选择网格加密区

图5-51 三个网格加密控制区

图5-52 Customize isotropic size选项

图5-53 输入加密区1的体网格尺寸

3.计算域的添加

由于软件只能按照一套面网格进行体网格划分，故删除[Representation]＞[Wrapped Surface]。针对修复后的Remesh网格，添加计算域。右键点击[Representation]＞[Remeshed Surface]＞[Create Surface]＞[Create Block Surface]，如图5-54所示。

为方便对计算域各个面进行编辑，选择图5-55中的“One Boundary Per Face”项，则所生成的两个计算域可分为六个面单独编辑。

设置好的计算域如图5-56所示。

修改计算域各面的名称。如图5-57所示，右键点击[Regions]＞[Region 1]＞[Boundaries]＞[Block Faces 4]＞[Rename...]。在弹出的对话框中，输入“inlet”，点击“OK”按钮完成设置，如图5-58所示。

重复以上操作，将Block Faces改名为side 1，将Block Faces 2改名为outlet，将Block Faces 3改名为ground，将Block Faces 5改名为top，将Block Faces 6改名为side 2。

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、顶面和两个侧面这五个面只是虚拟的计算域表面，无需划分边界层，而地面则应划分边界层。如图5-59所示，选择[Regions]＞[Region 1]＞[Boundaries]＞[side 1]＞[Mesh Condi-tions]＞[Customize Prism Mesh]属性栏中“Customize Prism Mesh”的“Disable”项，取消side 1边界层的划分。

按照同样方法，取消其他四个面边界层的划分。

图5-54 添加计算域

图5-55 分割计算域表面

图5-56 设置好的计算域

图5-57 重命名Block Face 4

图5-58 输入新名称

图5-59 取消边界层划分

4.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 Optimi-zer”项，体网格划分完成后进行网格质量的优化操作，如图5-60所示。

删除包面和操作产生的特征线，如图5-61所示。这样使得体网格划分时不受特征线的限制，也就保证了体网格质量。

点击按钮，生成体网格。如图5-62所示，选择[Scenes]＞[Geometry Scene 1]＞[Apply Repre-sentation]＞[Volume Mesh]，在视图区显示体网格。

图5-60 选择网格优化功能(www.chuimin.cn)

图5-61 删除特征线

体网格如图5-63所示。选择[Representations]＞[Volume Mesh]，可以看到属性栏中“Cells”项为9739299，即为体网格数。

点击菜单项[Mesh]＞[Diagnostic]，进行网格质量检查，如图5-64所示。在弹出的“Mesh Diagnostics”对话框中（图5-65），保持默认选项，点击“OK”按钮，进行检查。

输出窗口中的检查结果如图5-66所示。

可以看出，列车表面网格质量和计算域内的体网格均较高，可以进行计算。

也可通过检查Threshold值来判别网格质量，可以检查如第2章所述的几项指标。如图5-67所示，右键选择[Derived Parts]＞[New Part]＞[Threshold]。

如图5-68所示，选择Threshold属性栏的“Scalar”项中的变量“Skewness Angle”（斜角，一般要求斜角不大于90°）。

点击Threshold属性栏的“Input Parts”项的按钮，出现“Select Objects”对话框，如图5-69所示。如图5-69所示，选择左侧“Se-lected From”栏中的所有boundary，点击按钮，将其放入“Selected”列表框。点击“OK”确定操作完成。

点击“Scalar Range”项右侧的“Query”按钮，检查结果如图5-70所示。

选择“Display”项中的“Existing Displa-yer”选项，如图5-71所示。点击“Create”按钮，生成threshold检查工具。

点击[Derived parts]＞[threshold]属性栏中“Range”项右侧的按钮，出现“thresh-old-Range”对话框，如图5-72所示。

在“threshold-Range”对话框中，将“min”项值改为90，即设置检查范围为90°～150.7°之间，如图5-73所示。

threshold属性栏的Expert-＞Size项显示为33，即斜角范围为90°～150.7°的体网格有33个，如图5-74所示。由于数量较少，可以不用调整体网格。

复制threshold项，新建threshold检查项目，如图5-75所示。

图5-62 在视图区显示体网格

图5-63 体网格

图5-64 网格质量检查

图5-65 “Mesh Diagnostics”对话框

图5-66 输出窗口中的检查结果

图5-67 新建Threshold

图5-68 选择“Skewness Angle”

图5-69 选择boundary

图5-70 检查斜角的范围

图5-71 选择“Existing Displayer”

图5-72 “threshold-Range”对话框

图5-73 设置检查范围

图5-74 threshold的检查结果

图5-75 复制threshold项

图5-76 粘贴threshold项

右键点击[Derived Parts]＞[Paste]，粘贴threshold项，如图5-76所示。“Derived Parts”项下面出现“Copy of threshold”，选择其属性栏中的“Scalar Field”为“Cell Quality”，如图5-77所示。

点击[Derived parts]＞[Copy of threshold]属性栏中“Range”项右侧的按钮，出现“threshold-Range”对话框，点击“Query”按钮，如图5-78所示。

在“threshold-Range”对话框中，将“max”项值改为0.00001，即设置检查范围为0.000001472～0.00001之间，如图5-79所示。

图5-77 选择Cell Quality

图5-78 “threshold-Range”对话框

图5-79 设置检查范围

threshold属性栏中的“Expert-＞Size”项显示为13，即质量范围为0.000001472～0.00001之间的体网格有13个，如图5-80所示。由于数量较少，可以不用调整体网格。

按照同样方法可以查看体网格的Volume Change，即体积变化率不好的网格数目。

开始计算前，可以先移除部分质量不好的网格。如图5-81所示，右键选择[Regions]＞[Region 1]＞[Remove Invalid Cells...]，出现“Remove Invalid Cells”对话框。如图5-82所示，设置网格移除标准，将“Minimum Cell Quality”和“Minimum Volume Change”两项的数值均设置为0.000001。

输出窗口中最后三行显示了网格移除的结果，如图5-83所示。可以看出，共移除4个质量不好的网格。

被移除的网格并不是被删掉，而是被独立成另一个不用于区域，如图5-84所示，该区域一般命名为“Cell deleted from Region1”。