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 20

Следующим шагом будет настройка числа узлов на рёбрах сетки иустановка размеров элементов (особенно в пристеночной области).168Для настройки размера сетки используется функция Pre-Mesh Params> Edge Params. Выберем ребро О-сетки на торце INLET 25-86.Номер этого ребра появится в окне Edge ( рисунок 4.4.6).Рисунок 4.4.6 Окно настроек сеткиВ окне Length указана длина этого ребра (серый фон окошка говорит отом, что информация – справочная, белый фон – редактируемый параметр). Вокне Nodes устанавливается число узлов на выбранном ребре, поставим 13.

Вокне Spacing 1 – устанавливается размер первого элемента, рядом в серомокошке – существующий размер элемента. Для того, чтобы определить номерэлемента необходимо посмотреть на выбранное ребро. Направление краснойстрелки, совпадающей с ребром, показывает направление отсчёта элементов.Установим значение коэффициента роста элементов сетки для первого (Ratio1) и последнего (Ratio 2) элементов ребра, равное 1.2. Для того чтобы169установленные настройки передались на все остальные рёбра О-сетки,включим функцию Copy Parameters и установим метод To All Parallel Edges.Нажмём Apply.

При нахождении курсора мыши на рабочем поле программы,нажмём на клавиатуре клавишу R (является «горячей клавишей», аналогфункции Recompute). Результат настройки размера сетки представлен нарисунке 4.4.7.а)б)Рисунок 4.4.7 Настройка размера сетки: а) вид на семейство INLET;семейство SIDEб) вид наКак видно из рисунка 4.4.7, на входе в расчётную область сеткадостаточно равномерная (обратите внимание на размер элементов в областиузлов 84, 87, 86 и 85 – элементы почти одинаковы).

Пристеночные элементымаленькие –согласно настройки размера. Однако, сетка в семействе SIDE врайоне узлов 92, 93, 94 и 95 неравномерная, элементы сильно различаются поразмеру.Этоотрицательно скажетсякак находесамого расчёта(сходимости), так и на результатах расчёта (будут присутствовать скачкизначений параметров в этих областях).

Необходимо оценить качество сетки ив объёме модели. Для этого воспользуемся функцией Дерево модели >Blocking > Pre-Mesh > ПКМ Scan planes. Нажмём кнопку Select впоявившемся меню и выберем ребро 26-74. Напротив номера #0 появитсягалочка, а на блоке появится сечение в виде сетки. Выберем Solid в окне Scan170planes и цвет заливки – жёлтый (нажать на белый прямоугольник в концеряда, выбрать необходимый цвет из основной палитры). С помощью стрелоквторого столбца переместим сечение в место перехода цилиндрической частигеометрии в пирамиду. Результат представлен на рисунке 4.4.8.а)б)Рисунок 4.4.8 а) Окно Scan planes и б) сечение моделиПолученное сечение показывает, что качество сетки в этом местедостаточно хорошее (пристеночный элемент маленький, изменение размеровэлементов – плавное).

Для тренировки можно сделать и остальные «срезы»сеточной модели.Исправим качество сетки на торце (SIDE) при помощи увеличения рёберО-сетки на торце. Перед этим Дерево модели > Blocking > ПКМ > Indexcontrol. Появится окно, показанное на рисунке 4.4.9.171Рисунок 4.4.9 Окно Index controlНажмём кнопку Select corners и укажем вначале вершину 41, затем 38.Останется изображение только семейства SIDE. Далее функция Blocking >Edit Block> Modify Ogrid.

Выберем ребро 38-93 и установимOffset равный 1.8. Нажмём Apply. Длина видимых (включена функция AllVisible) диагональных рёбер О-сетки увеличится в 1,8 раза. Нажмём клавишуR на клавиатуре. Полученная сетка уже имеет достаточно плавное изменениеразмеров элементов и в районе вершин блока 92, 93, 94 и 95 соседниеэлементы примерно равны (рисунок 4.4.10).Рисунок 4.4.10 Сетка семейства SIDEВращая сеточную модель, необходимо оценить качество поверхностнойсетки (проверить точность описания геометрии элементами, проверить числои размер элементов, например, в пограничном слое на стенках, проверитьплавность изменения размеров элементов). Особенное внимание необходимоуделять местам изменения геометрии, поверхностям задания граничныхусловий. Дополнительная визуальная проверка осуществляется и длявнутренних элементов – при помощи рассечения модели различными172плоскостями (функция Scan planes). Однако после визуальной проверкинеобходимо всегда делать проверку автоматическую: Pre-Mesh QualityHistograms.

Качество сетки обычно проверяется по трём параметрам,которые выбираются из выпадающего меню Criterion: обобщающий параметрDeterminant 3x3x3 (рекомендуемое минимальное значение – не менее 0,3);угол между сторонами элемента Angle (рекомендуемое минимальноезначение – не менее 15°); отношение сторон элементов (минимальноезначение – не менее 0,1).

На рисунке 4.4.11 показаны гистограммывыбранных параметров. Как видно, параметры Determinant 3x3x3 и Angleвполне соответствуют требованиям к сетке. Данная сетка имеет элементы сотношением сторон меньше рекомендованного минимального значения(рисунок 4.4.11в).а)б)в)Рисунок 4.4.11 Гистограммы качества сетки: а) Determinant 3x3x3; б) угол элементовAngle; в) отношение сторон элемента Aspect ratioНа рисунке 4.4.12 показано расположение элементов с недопустимымзначением параметра Aspect ratio (для их отображения достаточно выделитьсоответствующие столбики на гистограмме – рисунок 4.4.11в).173Рисунок 4.4.12 Визуализация элементов с большими значениями отношения сторон(Aspect ratio)Данная проблема решается путём добавления элементов на рёбра:функция Pre-Mesh Params> Edge Params.Для ребра 21-69 (рисунок 4.4.13) назначим 12 узлов, у параметровSpacing 1 и 2 – поставим 0.

Параметры Ratio 1 и 2 приравняем к 1.2. Всезначения скопируем на параллельные рёбра (включить функцию CopyParameters, выбрать метод To All Parallel Edges).Для ребра 69-37 число узлов – 22, для ребра 42-38 число узлов – 23, дляребра 37-38 число узлов – 27. Остальные параметры – как для ребра 21-69.Проверьте значения параметра Aspect ratio, он будет больше 0,1.174Рисунок 4.4.13.

Рёбра блока моделиОднако добавление узлов плохо сказалось на отношении размеровсоседних элементов (на торцах модели). Для устранения данной проблемывоспользуемся функцией Edit Block> Modify Ogrid, Выберемлюбое диагональное ребро О-сетки, назначим коэффициент изменения длиныOffset равный 0.7 и нажмём Apply. Рёбра О-сетки станут короче и отношениеразмера соседних элементов придёт в норму.На этом работа с блочной топологией представленной геометриизакончена.

Сохраним проект.Существуеттонкостьвопределениисетки:сеточнаямодель,построенная при помощи блочной топологии, как было показано выше,является структурированной сеткой или пре-сеткой в терминологии ANSYSICEM CFD. Для проведения расчётов в CFD модулях необходиманеструктурированная сеточная модель. Чтобы её получить необходимо пресетку конвертировать в неструктурированную: Дерево модели > Blocking >Pre-Mesh > ПКМ > Convert to Unstruct Mesh. После этого в Дереве моделипоявится ветка Mesh. Далее необходимо создать файл для экспорта сетки в175CFD решатель: вкладка Output > Select solver, выбираем ANSYS CFX иANSYS в соответствующих окнах, нажимаем OK.

Write input, впоявившемся окне нажимаем Done. Закрываем проект.4.4.2.СозданиесеточноймоделидлявыходногоколлекторатеплообменникаОткроем новый проект.Так как геометрия входного и выходного коллектора являютсясимметричными, то воспользуемся сеточной моделью входного коллекторадлясозданиясеточноймоделивыходногоколлектора.Дляэтогоимпортируем сеточную модель входного коллектора (файл с расширением*.uns) в созданный проект: Open mesh. В примере будет использоватьсягекса-сетка, но тоже самое можно делать и с тетра-сеткой.Прежде всего переименуем семейство CANAL_IN (оно соответствуетвсему объёму модели, и этим именем будет назван сеточный домен в CFD) всемейство CANAL_OUT: Дерево модели > Parts > CANAL_IN > ПКМ >Rename, введите CANAL_OUT.

Тоже самое можно сразу сделать и ссемейством INLET, переименовать его в семейство OUTLET.Сохраним проект под новым именем.Перейдём на вкладку Edit Mesh. Для того, чтобы получить сеткувыходного коллектора достаточно зеркально отобразить существующуюсетку (геометрия строилась симметрично относительно центра абсолютнойсистемы координат): Transform Meshсетку (Select> Mirror Mesh. Выберем), в появившемся меню нажмём кнопку Select all volume176elements(выберется вся видимая сетка). В качестве оси, вдоль которойбудет происходить отражение, выберем ось Х. Нажмём Apply.