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 21

Зеркальноеотражение существующей сетки произошло относительно плоскости YOZ вабсолютной системе координат.Сохраним проект и переведём сеточную модель в формат, используемыйв CFD решателе.4.5. Построение сеточной модели теплообменника4.5.1.Построение тетра-сеткиПостроениясеточноймоделисновавоспользуемсягеометриейтеплообменника (подготовка геометрии для использования в ICEM CFDописано в разделе 3.2.1.2).

Для этого выберем в меню программы File >Import Geometry > ParaSolid, укажем файл с расширением *.x_t (в нашемслучае это файл Heat_Exchanger.x_t). Укажем размерность, используемуюпри построении геометрии, – миллиметры. Удалим лишние части,содержащие геометрию входного и выходного коллекторов.

Оставим толькосемейство HEAT_EXCHANGER_SIMPLE, в котором содержаться геометриятеплообменной трубки с небольшим участком окружающего потока. Можнобыло использовать всю геометрию теплообменника (включая коллектора), ноэто привело бы к использованию тетра-сетки с большим количествомэлементов, что не всегда возможно из-за ограничений по вычислительнымресурсам. Также создание блочной структуры для такой геометрии(коллектора и блок трубок) потребует много ручного труда и высокойквалификации специалиста-сеткопостроителя. Ниже будет показано, какможно сделать достаточно простую блочную структуру для одной трубки, азатем создать массив трубок, создав тем самым весть теплообменный узел.Прежде всёго необходимо распределить элементы геометрии посемействам (Дерево модели > Parts > ПКМ > Create Part, вводим имя части,177выбираем элементы геометрии, подтверждаем нажатием ЛКМ).

Если всягеометрияраспределенапосемействам,тосемействоHEAT_EXCHANGER_SIMPLE – должно пропасть из Дерева. Создаёмматериальную точку: вкладка Geometry > Create Body, указываем дветочки таким образом, чтобы материальная точка оказалась внутри расчётнойобласти геометрии (материальная точка создаётся по середине междууказываемымиточками).Результатраспределенияпосемействампредставлен на рисунке 4.5.1. Там же можно увидеть и имена созданныхсемейств: FLUID – имя материальной точки; SIDE_IN – первая стенка попотоку (поток направлен по оси OX); SIDE_OUT – вторая стенка по потоку;SIDE_L и SIDE_R – стенки левая и правая, соответственно, относительнопотока; WALL_TOP и WALL_BOTTOM – стенки корпуса теплообменника,верхняя и нижняя, соответственно.Рисунок 4.5.1.

Внешний вид геометрии и дерева модели (семейство SIDE_Rотключено)178Следующим шагом будет создание тетра-сетки для данной геометрии.Перейдём на вкладку Mesh. Зададим глобальные параметры сетки: GlobalMesh Setup> Global Mesh Size. В окне Max element зададимразмер максимального элемента сетки – 4. Apply. Рассмотрим новый способзадания параметров сетки: Part Mesh Setup. В появившейся таблицеможно задавать параметры сетки (размер, коэффициент роста, число слоёв спостоянной толщиной и т.д.) для каждого созданного семейства.

Дляудобства настройки размера элемента, существует визуализация размераэлемента на элементах геометрии. Для этого необходимо в Дереве моделищелкнуть ПКМ по Curves и выбрать Curve Tetra Sizes – на кривых появятсязначки в виде пирамидок и соответствующие заданному размеру. Дляотображения размера элементов на поверхностях геометрии в Дереве моделинеобходимо щелкнуть ПКМ по Surfaces и выбрать из выпадающего менюTetra Sizes.В примере зададим размер параметры сетки только для семейства TUBE:в колонке max size поставим 0.8 – максимальный размер элемента данногосемейства; в колонке tetra size ratio поставим 1.2 – коэффициент ростаэлемента от геометрии семейства; в колонке tetra width поставим 1 – числослоёв с постоянным размером элемента.Сетка будет строиться следующим образом: на всех поверхностях икривых будет использоваться элемент размером 4, т.к.

других глобальныхнастроек не задали. На поверхностях и кривых семейства TUBE будетпостроена сетка с размером элемента 0.8, с этим размером будет только одинслой, следующий слой элементов будет больше первого в 1.2 раза(коэффициент роста), а третий слой будет больше второго в 1.2 раза и т.д.пока размер элемента не достигнет значения 3. Дальнейшее увеличениеразмера будет остановлено.179Сгененрируем сетку согласно настройкам: Compute MeshMesh> Volume> Compute. Результат генерации сетки представлен на рисунке4.5.2, а.а)б)Рисунок 4.5.2 Сетка на торце геометрии: а) с заданными параметрами сетки длясемейства TUBE; б) с применением сгущенияПри помощи функции Create Mesh Densityможно задатьпараметры сетки и в различных местах объёма модели. Например, намнеобходимо более подробно прописать (для получения более точныхрезультатов) область за трубкой – место формирования отрывных течений ивихрей. Для этого выберем функцию Create Mesh Density и с помощьюкоманды Select location(s)укажем точки в местах – серединах кривыхстороны и дуги окружности (геометрические точки отсутствуют, местоположение указывается приблизительно, порядок – произвольный).

В окнеSize укажем размер элемента в данной области – 0.5, в окне Ratio –коэффициент роста элементов 1.3; Width – число слоёв с постояннымразмером элементов. Нажмём Apply. Результат создания сгущения в объёмерасчётной области представлен на рисунке 4.5.3. В Дереве модели в веткеGeometry появился элемент Densities. Указав его и нажав ПКМ можно180увидеть меню редактирования (выбирается параметр редактирования –удалить, редактировать и т.д.; указывается мышкой на «плотность» ивыполняется выбранная операция).Рисунок 4.5.3 Задание параметров сетки в объёме расчётной областиРезультат генерации сетки с использованием «плотности» – сгущениясетки в объёме, показан на рисунке 4.5.2, б.Теперь рассмотрим новый способ построения призматического подслоя.В разделе 4.3 на примере входного коллектора был рассмотрен способпостроения призматического подслоя при помощи только функции PismMeshing Parameters– необходимое число слоёв и толщина первого слоясоздавались сразу.

Недостатком данного метода является то, что при работесо сложной геометрией (имеет множество рёбер, углублений, острых кромоки т.д.) и при необходимости создания для этой геометрии большой поколичеству контрольных объёмов сетки, возникают сбои (ошибки впрограмме или создание некачественного элемента) при построении слояпризматических элементов. В результате призматический подслой вообще нестроится, либо строится с неудовлетворительным качеством.181Более надёжным методом создания призматического подслоя являетсясоздания минимального количества слоёв (2 или 3) в призматическомподслоеприпомощифункцииPism MeshingParameters,споследующим расслоением элементов с целью создания необходимогоколичества слоёв и распределения размеров призма-элементов по слоям.Рассмотрим этот метод более подробно.Для начала необходимо определится с основными параметрамипризматического подслоя: толщина первого слоя – 0,1 мм (после расчётазадачи необходимо проверить параметр y+ и скорректировать размер первогоэлемента согласно рекомендациям, данным для моделей турбулентности поy+), число слоёв – возьмём 8, коэффициент роста – 1,2.

Таким образом,толщина подслоя получается 1,65 мм.Рисунок 4.5.4 Расчёт параметров призматического подслояРасчёт толщины призматического слоя осуществляется следующимобразом: вкладка Mesh > Global Mesh Setup > Prism Meshing Parameters(рисунок 4.5.4). Далее вводятся значения толщины первого слоя (Initialheight), коэффициента роста размера элемента (Height ratio) и количестваслоёв (Number of layers). Нажимается кнопка Compute params и, взависимости от выбранного закона роста (Growth law) рассчитываетсясуммарнаятолщинапризматического182подслоя(Totalheight).Дляпредставляемогометоданеобходимознатьсуммарнуютолщинупризматического подслоя и количество первых слоёв (в примере возьмём 2исходных слоя, т.к.

общее число слоёв должно быть равное 8). Для этогооставим суммарную толщину подслоя, заменим количество слоёв на 2 ипоставим 0 в строке Initial height. Нажмём Compute params. Получимзначение толщины первого элемента – 0,75 мм.Таким образом зададим значения для генерации предварительногопризматическогоподслоя:толщинапервогоэлемента–0,75мм,коэффициент роста – 1,2, число слоёв – 2, суммарная толщина – 0. Так как вгеометрии присутствуют углы, равные 90°, то необходимо настроитьпараметр Fillet ratio.

Данный параметр отвечает за форму описания угловпризматическим слоем. Чем ближе значение к 1, тем сильнее выражен радиусскругления углов призматическим слоем. Присвоим значение этомупараметру 0,9. Остальные параметры оставим «по умолчанию» и нажмёмOK.Сгенерируем на поверхностях семейств TUBE, WALL_BOTTOM иWALL_TOP призматический подслой (функция Compute Mesh > Prism Mesh).Этим мы получим два исходных слоя (рисунок 4.5.5, а).