Построение сеток в задачах авиационной и космической техники - А.М. Молчанов, М.А. Щербаков, Д.С. Янышев, М.Ю. Куприков, Л.В. Быков. 2013, страница 14

Можно легко убедиться в этом, сравнивколичество элементов в сетке, созданной нами вначале с сеткой, построеннойметодом вытягивания (79743 элемента в первом случае против 15015элементов во втором).Для закрепления навыков, полученных в данном разделе рассмотримтакже задачу о построении сетки для теплообменного аппарата.3.3.3.Построение сетки теплообменного аппаратаИтак, приступим к построению сетки теплообменного аппарата, чьюгеометрию мы построили ранее.

Для этого открываем наш сохранённыйпроект Workbench. Если в данном проекте отсутствует компонент Mesh,необходимо создать его, руководствуясь указаниями раздела 4.1.Открыв Meshing, рассмотрим ещё раз структуру построенной намигеометрии. Она состоит из трёх тел – входной части, межтрубногопространства и выходной части. Мы сознательно сделали такое разделение ине стали объединять данные тела в единое тело течения. Здесь есть двеосновные причины.

Во-первых, дело в том, что основной интереспредставляет для нас течение в межтрубном пространстве. В связи с этимсетка в данной области должна быть мельче, нежели на входе и выходе. Вовторых, при объединении всех трёх областей в одно тело заведомоневозможным создание сетки методом вытягивания (преимущества данногометода нами уже обсуждались).К сожалению, особенности Ansys Meshing не позволяют в общем случаепостроить сетку методом вытягивания для тел, чьи грани соприкасаются (вчастных случаях такая сетка может быть построена, но возможности её123редактирования и настройки ограничены).

В связи с этим будем строитьсетку методом вытягивания лишь для межтрубного пространства.Для начала разметим поверхности для назначения граничных условий.Процедуру разметки мы обсуждали в предыдущем разделе (для вставкиобъекта Named Selection нажимаем ПКМ на пункт «Model» в деревепостроения, Insert – Named Selection).Отметим поверхности входа, выхода и поверхности трубок (см. рисунок3.3.18).Рисунок 3.3.18 Разметка поверхностей для последующего указания граничныхусловийВ общих настройках сетки установим использование функции размераэлементов, основанной на кривизне геометрии и близости поверхностей(окно свойств сетки, раздел Sizing – Use Advanced Size Function – On:Proximity and Curvature).Также установим параметр «Fine» в пункте «Relevance Center»,отвечающем за степень измельчения сетки.Теперь создаём метод построения сетки Sweep (нажимаем ПКМ на Meshв дереве построения, выбираем в контекстном меню Insert–Method, послечего в поле Method выбираем Sweep).124В качестве тела (в пункте «Geometry» в окне свойств) выбираеммежтрубное пространство.

После этого необходимо задать ручной выборповерхности-источника (опция Manual Source в пункте Src/Trg Selection вокне свойств метода).В качестве поверхности источника задаём поверхность в соответствии срисунком 3.3.19.Рисунок 3.3.19 Выбор поверхности-источника для построения сетки методомвытягиванияКоличество ячеек по направлению вытягивания принимаем равным 50(пункт «Sweep Num Divs»).Следующий необходимый шаг – создание призматических слоёв вокругтрубок.

Напоминаем, что для создания таких слоёв в случае сетки,выполненной методом вытягивания, необходимо нажать ПКМ по пункту«Sweep Method» в дереве построения и выбрать из контекстного менюкоманду «Inflate this method».Выбор соответствующих кривых для построения призматической сеткипоказан на рисунке 3.3.20.125Рисунок 3.3.20 Выбор кривых для построения сетки пограничного слояОпции построения: Total Thickness (суммарная толщина всех слоёв) Growth Rate – 1.1\ Maximum Thickness – 3 мм.После настройки этих опций можно сгенерировать предварительнуюсетку, показанную на рисунке 3.3.21 (генерация сетки осуществляется спомощью кнопки).Рисунок 3.3.21 Предварительно сгенерированная сетка126Заметим, что если посмотреть на качество созданной сетки, то ячейкипризматических слоёв оцениваются программой не очень высоко.

Не стоитобращать на это внимания. Дело в том, что согласно критериям качествагексаэдров (о которых подробнее мы говорили в разделе 3.2) идеальнымсчитается элемент близкий к кубу. В нашем же случае, у элементовпограничного слоя высота в несколько раз меньше двух других измерений, иэто согласуется с физической картиной течения в пограничном слое, гдеизменение скорости по координате, нормальной к поверхности стенки многобольше такового изменения по координате, идущей вдоль поверхности.Следующим нашим шагом будет измельчение сетки в межтрубномпространстве. Для этого зададим на поверхности-источнике другой размерэлементов.

Чтобы сделать это, необходимо в дереве построения создатьобъект Sizing, который доступен в группе команд «Mesh Control» или вконтекстном меню, вызываемом при нажатии ПКМ на пункт «Mesh» в деревепостроения (Insert–Sizing). После этого выбираем в области построенияповерхность, которую мы принимали в качестве источника для построениясетки межтрубного пространства (см.

рисунок 3.3.19), нажимаем ЛКМ поподсвеченному жёлтым пункту «Geometry» в окне свойств и нажимаемApply.В качестве размера элемента («Element Size») указываем 1 мм. Мыможем также указать степень важности данного условия (пункт «Behavior» вокне свойств) – в случае опции Soft («мягкое условие»), условие,накладываемое на размер элемента, является не первостепенным и можетнарушаться. В случае опции «Hard» («жесткое условие») ограничение,накладываемое на размер элементов, является строгим.В нашем случае оставим опцию «Soft».Чтобы посмотреть, какого результата мы достигли, сгенерируемпредварительную сетку (см. рисунок 3.3.22).127Рисунок 3.3.22 Сетка после применения настройки Sizing для межтрубногопространстваПоследним шагом, который необходимо сделать является генерацияпризматических слоёв для входного и выходного патрубков теплообменногоаппарата.Способ создания призматических слоёв нами уже обсуждали, поэтомуздесьукажемлишьповерхности,околокоторыхнужносоздатьпризматические слои.

Отметим также, что для каждого из патрубков нужносоздать свой собственный пункт Inflation в дереве построения. Выделениеповерхностейпоказанонарисунке3.3.23.Всеопциисозданияпризматических слоёв остаются по умолчанию.Рисунок 3.3.23 Выделение поверхностей для создания призматической сетки для (1)входного и (2) выходного патрубков теплообменного аппарата128Нажимаем. Результирующая сетка представлена на рисунке3.3.24Рисунок 3.3.24 Окончательный вид сетки теплообменного аппаратаТаким образом, мы закончили рассмотрение основных особенностейвстроенного в Workbench полуавтоматического генератора сеточных моделейMeshing.

Как мы успели убедиться на разобранных примерах, использованиеMeshing позволяет быстро создавать сетки приемлемого качества. При этомего главным недостатком является ограниченность настроек.3.4. Подготовка и экспорт геометрии в ICEM CFDК сожалению, поставляемый Ansys сеточный генератор ICEM CFD неинтегрирован в среду Workbench. Чтобы открыть созданную в DesignModeler геометрию в ICEM CFD, её нужно экспортировать.129В данном разделе мы рассмотрим вопросы, касающиеся экспортамоделей из Workbench в ICEM CFD, а также подготовим модельтеплообменного аппарата для построения структурированной сетки в ICEMCFD методом создания массива.Для начала откроем созданную нами геометрию реактивного сопла.

Вменю «File» доступна команда «Export». В диалоговом окне после вызоваданной команды можно назначить имя файла и выбрать тип файла дляэкспорта.Среди возможных вариантов имеются: DesignModeler Database (*.agdb) – основной тип файлов DesignModeler Parasolid Text (*.x_t или *.xmt_txt) текстовый формат стандартаParasolid Воспринимается большинством редакторов, основанныхна явдре Parasolid (Unigraphics, Solid Edge, Solid Works) Parasolid Binary (*.x_b или *.xmt_bin) – бинарный форматстандарта Parasolid.

Отличается в первую очередь меньшим посравнению с текстовым вариантом размером Ansys Neutral File (*.anf) – файл предназначенный для экспортагеометрии в конечно-элементный решатель Ansys IGES (*.igs) – стандартный файл двух- и трёхмерной графики,поддерживаемый большинством пакетов программ, связанных с2d черчением и 3d моделированием STEP (*.stp) – сходен по своей сути с IGES Monte Carlo N-Particle (*.mcnp) – открытый формат, созданныйлабораторией в Лос-Аламосе для программы по расчётунейтронного излучения Icepak Project (*.*) – формат пакета IcepakICEM CFD способен прочесть множество форматов (в частности в нёмприсутствуют средтсва для открытия формата DesignModeler), однакостабильнее всего работает с форматом Parasolid Text.Сохраним модель в данном формате под именем Nozzle.Теперь откроем геометрию теплообменного аппарата.

Подготовимданную геометрию для создания в ICEM CFD сетки методом копирования130(создания массива). Для этого нам понадобится по отдельности сохранитьгеометрию входного патрубка и области вокруг одной из трубокмежтрубного пространства.Окончательныйрезультат,которыйдолженунасполучитьсяпредставлен на рисунке 3.4.1Для обрезки нам сначала понадобится создать две плоскости (способыпостроения плоскостей – см. раздел 4.2).

Первая плоскость строится методомотступа от плоскости YZ (направления отступа Z, расстояние – минус 15 мм).Вторая плоскость – методом отступа от плоскости XY (направления отступаZ, расстояние –15 мм).Обрезка в Ansys DesignModeler может быть произведена только если всетела имеют атрибут «замороженных» («Frozen»), поэтому нам потребуетсяпроизвести «замораживание» геометрии с помощью команды «Freeze»(«Заморозить»).