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 22

Теперь переходим навкладку Edit Mesh. Необходимо расслоить до 8 слоёв имеющиеся исходныеслои. Для этого воспользуемся функцией Split Mesh> Split Prisms.Укажем число на сколько слоёв будем разбивать каждый слой. Исходныхслоя – 2, необходимо – 8, следовательно каждый исходный слой будемразбивать на 4 слоя: Number of layers – 4. Остальные параметры можнооставить «по умолчанию». Нажимаем ОК. Результат представлен на рисунке4.5.5, б.183а)б)в)Рисунок 4.5.5 Построение призматического подслоя: а) начальные слои; б)необходимое число слоёв; в) распределение толщин слоёвТак как расслоение происходило без учёта необходимого коэффициентароста и без привязки к толщине первого слоя, то проведём распределениетолщин слоёв с учетом этих параметров. Воспользуемся функцией MoveNodes> Redistribute Prism Edge.

Выберем метод – Fix initial height,в графе Initial height укажем необходимую толщину первого слоя – 0.1.Нажмём ОК. Результат представлен на рисунке 4.5.5, в. Коэффициент ростапри заданной толщине первого слоя и известной суммарной толщиныпризматического подслоя получается автоматически (в примере, около 1,2).По завершению операций построения сетки, необходимо проводитьпроверку качества сетки и, при необходимости, проводить операциювыглаживания (улучшения) качества сетки: функция Smooth Mesh Globally. Параметр качества – Quality, число итераций выглаживания – 20,предел качества – 0,4. Качество сетки после выглаживания – 0,22.

Числоэлементов сетки – 1.172.094.Сохраним проект (Save ProjectOutput > Select solver). При помощи функции на вкладкевыберем тип решателя – ANSYS CFX и ANSYS.При помощи функции Write inputзапишем файл для экспорта в ANSYSCFX. Закроем проект.1844.5.2.Построение гекса-сеткиДля построения сетки для трубки теплообменника на основе блочнойтопологии воспользуемся уже готовой геометрией, полученной в проекте стетра-сеткой (см. прошлый параграф): Open Geometryи из спискавыбираем файл с именем прошлого проекта. Сохраним проект под новымименем (например Tube_bl.prj).Рассмотрим ещё один вариант построения блочной топологии. Еслипредставленную геометрию рассекать поперек длины трубки, то получимсечения одинаковой формы: квадрат с кругом в центре.

В данном случаесечения будут иметь одинаковую геометрическую топологию и одинаковыеразмеры. Но представленный ниже метод подходит и для геометрииимеющей только одинаковую геометрическую топологию (например, перолопатки осевого компрессора или крыло самолёта – в корневом сечениипрофиль толще, чем в концевом сечении, но профиль не поменял своютопологию: различимы входная и выходная кромки, спинка и корыто).Суть метода заключается в том, что вначале строится двумерная блочнаятопология,апотомприпомощифункции,похожейнафункцию«вытягивания» в графических пакетах, создаётся трёхмерная блочнаятопология.Создадим двумерный блок: вкладка Blocking > Create BlockInitialize Blocks>.

В качестве типа создаваемого блока выберите 2DPlanar > OK. Полученный блок представлен на рисунке 4.5.6, а. Для того,чтобы с этим блоком было удобно работать дальше, необходимо развернутьего на 90° вокруг оси OX: функция Transform Blocks185> Rotate Blocks. Выберем существующий блок, ось вращения – X, угол – 90, нажмёмOK. Результат поворота блока представлен на рисунке 4.5.6, б.а)б)Рисунок 4.5.6 Создание 2D блока: а) впервые созданный блок; б) блок после поворотана 90°Привяжем рёбра блока к сторонам верхнего квадрата, и вершины блока– к вершинам квадрата (функции Associate Edge to CurveVertexи Associate, соответственно).Далее, для описания трубки, создадим О-блок вокруг трубки: функцияSplit Block> Ogrid Block.

Выберем единственный имеющийсяблок и нажмём OK (функция выбора поверхностей погашена, так как смыслав данном случае не имеет). Результат построения О-блока представлен нарисунке 4.5.7, а. Привяжите рёбра внутреннего прямоугольного блока кокружности, а диагональные рёбра – к ближайшей поверхности геометрии(функция Associate Edge to Surface). При помощи функции Snap Project186Verticesпереместите все вершины согласно их привязкам (активируйтефункцию и нажмите OK, все видимые вершины переместятся на свои места).Результат этих действий представлен на рисунке 4.5.7, б.а)б)Рисунок 4.5.7 Описание блоком трубки: а) создание О-блока; б) привязка рёбер блокак геометрииСгенерируем пре-сетку: функция Pre-Mesh Params > Update Sizes > OK.В Дереве модели включим Pre-Mesh и сделаем сплошную заливку дляповерхностных элементов (Дерево модели > Pre-Mesh > ПКМ > Solid &Wire).

Результат представлен на рисунке 4.5.8, а. Сетка внутри трубки –лишняя, удалим её путём удаления блока трубки: Delete Block, выберемцентральный блок и удалим его.Рисунок 4.5.8 Гекса-сетка: а) до удаления центрального блока; б) после удаленияцентрального блока и задания размеров элементовПрипомощифункцииEdgeParamsзададимследующеераспределение размеров элементов: на диагональных рёбрах О-блока число187элементов – 20, размер первого элемента на стенке трубки – 0,1 (смотритенаправление стрелки ребра), сгущения к концам рёбер – 1,2.

Для рёбервнутреннего и наружного квадратных блоков число узлов – 20, сгущения кконцам рёбер – 1,2. При распределении параметров функция копирования навсе параллельные рёбра (To All Parallel Edges) включена. Перестроим пресетку: клавиша R на клавиатуре или в Дереве модели > Pre-Mesh > ПКМ >Recompute. Результат представлен на рисунке 4.5.8, б.Создадим трёхмерную блочную структуру: Create Block > 2D to 3D. В качестве метода выберем Translate (создание трёхмерного блокаперемещением двумерного). По оси Y установим дистанцию -80 (80 – длинатрубки, отрицательное значение – так как перемещение против направленияоси OY). Таким образом будет получен трёхмерный блок, описывающийгеометрию трубки и области вокруг неё.

Следующим шагом необходимосделать привязки новых вершин и рёбер к соответствующим элементамгеометрии и на рёбрах, идущих вдоль трубки установить следующиезначения: число узлов – 70, размер элементов на концах ребра – 0,1,сгущения к концам рёбер – 1,2. Сгенерируйте заново пре-сетку. Проверьтекачество сетки.Небольшое замечание к методу.

Если после создания двумерного блокапривязку рёбер и вершин делать к нижнему сечению геометрии, а потомповторить все действия, указанные выше, то получится пре-сетка сотрицательными значениями качества (Quality). Данную ошибку лучше неделать, так как вполне вероятны сбои в программах ICEM CFD и ANSYSCFXвследствиечеговсеконтрольныеобъёмыбудутсчитатьсяотрицательными и расчёт не будет вестись. Проверить знак контрольногообъёма можно сразу после создания двумерного блока и вытягивания его водном из необходимых направлений. Если параметр Quality получилсяотрицательным,товытягиватьблок188следуетвпротивоположномнаправлении с соответствующим выбором сечения геометрии для привязкирёбер и вершин блока.Проведём конвертацию полученной пре-сетки в неструктурированнуюгекса-сетку: Дерево модели > Pre-Mesh > ПКМ > Convert to Unstruct Mesh.

Нарисунке4.5.9показанаполученнаянеструктурированнаягекса-сеткарасчётной области. Число элементов – 113.324, в 10 раз меньше, чем прииспользовании тетраэдров и призматических элементов.Рисунок 4.5.9 Неструктурированная гекса-сеткаНедостатком гекса-сетки на основе блочной топологии являетсяневозможность получения локальных сгущений (например, за цилиндромвниз по потоку) без увеличения числа элементов в «ненужных» областях.Например, область перед цилиндром можно подробно не прописывать – этоесли моделируется обтекание одиночного цилиндра, в приведённом примереобласть перед трубкой является областью за впереди стоящими трубками(если ряд не первый), и подробное описание этой области необходимо.Сохраним проект (Save Project).1894.5.3.Размножение сеткиВ предыдущем параграфе была создана сеточная модель только дляодной трубки теплообменника.

Для упрощения создания сеточной моделейдляостальныхтрубок,атакжесеточноймоделивсегопакетатеплообменника в ANSYS ICEM CFD существует возможность созданиямассива полученных неструктурированных сеток со слиянием узлов награницах контакта сеточных доменов.Воспользуемся проектом, содержащим гекса-сетку. Перейдём навкладку Edit Mesh. Воспользуемся уже знакомой нам функцией TransformMesh, но в этот раз нам необходимо создать линейный массив сеточныхдоменов, поэтому выберем Translate Meshкнопку выбора сетки. Возле графы Select нажмём, в появившейся панели способов выбора нажмёмна кнопку Select items in a part, в появившемся меню выберем всесемейства (кнопка All) и подтвердим выбор (кнопка Accept).

Число копий(Number of copies) – 2, вместе с исходным сеточным доменом в итогеполучится 3 сеточных домена. Поставим галочку возле Copy (будемкопировать исходную сетку, а не перемещать), галочку возле Merge nodes(будем объединять совпадающие узлы на поверхностях контакта). И, вначалесоздадим массив по потоку, то есть вдоль положительного направления осиOX.

Шаг вдоль оси OX – 30 (размер геометрической области по оси OX – 30мм). Нажмём кнопку Apply. В результате получим сеточный домен для трёхтрубок.Повторим действия, но теперь создадим массив вдоль оси OZ:направления X и Y – 0, направление Z – -30 (отрицательное направление, т.к.исходная геометрия принадлежала крайней правой трубке в пакете).Нажимаем Apply. Результат создания массива сеточных доменов представлен190на рисунке 4.5.10, а. Хорошо видны поверхности раздела доменов в блокетеплообменника.Наэтихповерхностяхсуществуютповерхностныеэлементы (двухмерные) и, скорее всего, придётся задавать интерфейсы, чтоувеличивает подготовительную работу по созданию расчётного файла, атакже усложняет структуру расчетного файла, что приведёт к необходимостииспользовать дополнительные вычислительные ресурсы.а)б)Рисунок 4.5.10 Массив сеточных доменов: а) до удаления поверхностных элементов;б) после удаления поверхностных элементовДля удаления поверхностных элементов в Дереве модели выключим всесемейства за исключением SIDE_L и SIDE_R.

Установим модель такимобразом, чтобы ось OY смотрела на нас. Далее включим функцию DeleteElementsи выберем две средние видимые поверхности. Нажмём Apply.Теперь оставим включенными только семейства SIDE_IN и SIDE_OUT.Удалим две средние поверхности. Включим все семейства. Результатпредставлен на рисунке 4.5.10, б.191Для данного примера необходимо сделать существенное дополнение: всеточномдоменевозлебоковыхстеноктеплообменникаэлементынедостаточно маленькие, что может привести к неточностям в расчёте.Данную ошибку можно исправить только путем сгущения сетки к боковымповерхностям при создании пре-сетки для одной трубки. Но тогда, присоздании массива, сгущения сетки окажутся в основном объёме.