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 24

Особо обратите внимание на цвета вершини рёбер – если они не соответствуют изображению на рисунке, необходимапривязка. Сохраните проект.Рисунок 4.6.11 Общий вид блока соплаСледующим шагом в создании сетки является распределение количестваузлов по рёбрам блоков, задания размеров элементов и сгущения. Для началанеобходимо задать число узлов на рёбрах блоков и поставить коэффициентысгущения (функция Edge Params, Ratio 1 и 2 - 1.2. для всех рёбер).

Дляудобства задания начального распределения необходимо включить функциюCopy Parameters и выбрать способ To All Parallel Edges. На рисунке 4.6.12рядом с каждым ребром показано число узлов. Для рёбер, описывающихтолщину стенки, число узлов – 6, для продольных рёбер области истечения –60.203Рисунок 4.6.12 Распределение числа узлов по рёбрам блоковДалее необходимо задать размер пристеночного элемента, но, преждевсего, необходимо заменить метод копирования параметров сетки на методTo Selected Edges. При данном методе параметры с одного ребра будуткопироваться на другое только в случае выбора последнего.

На примерерёбер внутри сопла покажем работу данного метода. Выберем ребро 73-87(рисунок 4.6.13), зададим Spacing 2 – 0.05 (данный параметр соответствуетпристеночному элементу). Так как при имеющимся числе узлов (20)требуемый параметр сгущения (1.2) не выдерживается, необходимо добавитьузлов на данном ребре (35 узлов позволяет держать параметр Ratio впределах заданного значения). Далее перенесём эти настройки на другиерёбра (146-149, 146-150 и т.д.). Для этого в разделе Copy функции EdgeParams нажмём кнопку Edge(s)и выберем все необходимые рёбра.204Нажмём Apply или колёсико мыши. К сожалению, ICEM CFD не всегдаточно переносит параметры настройки рёбер (это касается и при переносе навсе параллельные рёбра), поэтому в особо важных местах необходимапроверка и, при необходимости, корректировка настроек.

Для внешнейстенки зададим размер пристеночного элемента побольше (скорость потоканамного меньше чем в сопле, и точный расчёт потока в этой области нам неважен).Рисунок 4.6.13 Задание параметров сетки на рёбрах внутри соплаОсобенностью блоков с заданной периодичностью является то, чтопомимо периодичности вершин (которые задаются в самом начале и в ходеработы редактируются редко) необходимо выдерживать периодичностьнастроек рёбер, соединяющие эти вершины. То есть, при изменении настроекна одном ребре обязательно надо переносить эти настройки на периодичноеему ребро. В представленном примере, периодичными рёбрами являютсярёбра 87-150 и 88-149, и т.д.При помощи функции Match Edgesвыравним размеры соседнихэлементов на соседних рёбрах (рисунок 4.6.14, а).

Необходимо помнить оналичии периодичности в сеточной модели. На рисунке 4.6.14, б показанрезультат выравнивания размера элементов. Обратите внимание на элементы205в горле сопла и в районе семейства OUTLET, при необходимости применитефункцию Match Edges.а)б)Рисунок 4.6.14 Выравнивание размеров элементов на соседних рёбрах:операции; б) после операцииа) доДля того, чтобы уменьшить перекос сетки вдоль оси струи (после срезасопла), необходимо увеличить число узлов на продольном ребре (с 60 до 70).Уменьшить Ratio 1 до 1.12 для ребра, привязанного к оси сопла, и увеличитьRatio 1 до 1.32 для рёбер, идущих от кромки сопла и вдоль оси струи.Для лучшего описания потока сеточными элементами используетсяфункция Edit Edge> Split Edge.

Для этого укажем на ребро 146-149(в горле сопла), на ребре появится узел или опорная точка и само реброискривится. Перемещая эту точку при помощи функции Move Vertex можноизменять кривизну ребра, что влияет на кривизну сетки. На одном ребре, принеобходимости, можно создать несколько опорных точек. Создадим припомощи этого способа по одной опорной точке на рёбрах 146-150, 172-175 и172-176, 104-107 и 104-109 (срез сопла). Результат показан на рисунке 4.6.15,а. Для придания необходимой кривизны, переместите опорные точки так, какпоказано на рисунке 4.6.15, б.206а)б)Рисунок 4.6.15 Искривление рёбер: а) до перемещения опорных точек;перемещения опорных точекб) послеПериодичность на созданные опорные точки не распространяется,устанавливать совпадение опорных точек (для совпадения кривизны рёбер)необходимо «на глаз».

Для упрощения этой задачи можно выставить модельтаким образом, чтобы все периодичные вершины блока совпадали. Для этогонаведём курсор мышки на систему координат в правом нижнем углу окнамодели и добьёмся появления отрицательного направления вектора OY(необходимо навести курсор в это место). Нажмём на появившуюся серуюось (рисунок 4.6.16).

Вся модель повернётся так, что вектор –OY будетнаправлен перпендикулярно рабочему окну и на нас.Рисунок 4.6.16 Система координат с отрицательным направлением оси207Опорные точки перемещаются до образования необходимой кривизныребра и совпадения в проекции на плоскость XOZ опорных точексоответствующих периодичных рёбер. На рисунке 4.6.17 показан результатприменения изгиба рёбер.а)б)Рисунок 4.6.17 Результаты использования изгиба рёбер: а) до операции; б) послеоперацииСнять изгиб рёбер можно при помощи функций Unsplit EdgeUnlink Edgeили.На этом основные операции по созданию пре-сетки расчётной областисопла закончены. Необходима проверка качества пре-сетки (функция PreMesh Quality Histograms).

В целом, качество сетки должно быть хорошим заисключением отношения сторон элемента (Aspect Ratio). Для улучшенияэтого параметра необходимо добавлять узлы на соответствующие рёбра. Но208это повлечёт увеличение количества элементов сеточной модели расчётнойобласти сопла.После проверки качества пре-сетки и улучшения параметров (принеобходимости), генерируется неструктурированная сетка. Если оставитьвключёнными только семейства PERIODIC_L и PERIODIC_R, а в Деревемодели > Mesh > ПКМ и включить Periodicity, то появятся линии,соединяющие соответствующие периодичные элементы (рисунок 4.6.18).Рисунок 4.6.18 Визуализация периодичности сеточной моделиСохраните проект и создайте файл, содержащий неструктурированнуюсетку в формате *.cfx5.На этом данный пример закончен.2094.7.

Построение сеточной модели ракеты4.7.1.ВПостроение тетра-сеткиданномпримерерассмотримпостроениететра-сеткиспризматическим подслоем и гекса-сетки на основе блочной топологии дляобъекта типа ракета.Предполагается провести расчёт обтекания ракеты на различных углахатаки. Угол тангажа – постоянный и равный 0°. Для такой задачи необходимарасчётная область со следующими особенностями:- развитой областью внешнего обтекания (несколько длин ракеты вверхи вниз по потоку, и в стороны) – для устойчивого процесса решения;- близкая к сферической форма входа (поверхность на которой будетзадано ГУ Inlet), учитывающая все предполагаемые направления потока наракету;- с целью экономии вычислительных ресурсов достаточно моделироватьобласть в 180°.Импортируйте имеющуюся геометрию расчётной области. Единицаизмерения длины – миллиметр.После импорта распределите элементы геометрии по семействам,создайте материальную точку FLUID.

Отдельно создайте семейства дляголовного обтекателя ракеты (BOW), сопла (NOZZLE), поверхностейстабилизаторов: WING_LE – входные кромки, WING_TE – выходныекромки, WING_TIP – законцовки, WING_SF и WING_PF – «верхние» и«нижние» несущие поверхности стабилизаторов. Внешний вид геометриираспределённой по семействам и Дерево модели представлены на рисунке4.7.1.Сохраните проект под именем Rocket.prj.210Рисунок 4.7.1 Распределение геометрии расчётной области по семействамЗададим параметры сетки. Размер глобального элемента – 500.

Аразмеры элементов по семействам представлены в таблице на рисунке 4.7.2.Остальные параметры в таблице равны нулю. Сгенерируйте сеточнуюмодель.211Рисунок 4.7.2 Размеры элементов по семействамПосле генерации сетки погасите семейства области обтекания, оставьтесемейства только геометрии ракеты. Обратите внимание на структуруповерхностной сетки в местах наличия кривых и точек. Для примера, нарисунке 4.7.3 приведены виды головного обтекателя ракеты и корневой частиодного из стабилизаторов.а)б)Рисунок 4.7.3 Привязка вершин элементов к кривым и точкам: а) головнойобтекатель; б) корневая часть стабилизатора212Легко увидеть, что в местах наличия кривых узлы элементоврасполагаются на этих кривых (показано стрелкой), а в местах наличия точек(показано кружком и стрелкой) – узел элемента располагается в точке.Это объясняется тем, что в ходе создания поверхностной сетки алгоритмпрограммы ищет вначале точки геометрии и привязывает к ним одну извершин элемента, далее идёт поиск кривых и привязка к ним, последним поприоритетугеометрическимособенностьпостроенияэлементомсеткиимеетявляетсяповерхность.отрицательнуюсторону.ЭтаПривыглаживании сетки вершины элементов, привязанные к точке не могутперемещаться в пространстве, вершины элементов, привязанные к кривыммогут перемещаться только вдоль этих кривых.

И наибольшую свободуимеют вершины, привязанные к поверхностям – они перемещаются по всейповерхности. Чем меньше свобод по перемещению вершины элемента, темменьше возможностей исправить этот или соседний элемент. Поэтому отчасти точек и кривых перед построением тетра-сетки следует избавляться.Выгрузим из проекта имеющуюся тетра-сетку: File > Mesh > Close Mesh.Если этого не сделать, то при изменении геометрии будут появлятьсясообщения о необходимости перестроить существующую сетку, что будетзанимать какое-то время.Далее перейдём на вкладку Geometry и включим функцию RepairGeometry> Build Diagnostic Topology. В появившемся окнефункции в строке Tolerance (линейная точность) стоит цифра – вычисляетсяавтоматически программой исходя из параметров геометрии.

Обычно этозначение изменяю и, согласно рекомендациям, присваивают значениепримерно равное 1/5 от минимального геометрического размера (обычнозазор или тонкостенный элемент – ребро, оболочка) или 1/10 отминимального размера элемента сетки. В нашем случае (геометриядостаточно простая, задача – учебная) оставляем значение, полученное213программой (4). Для того, чтобы в ходе диагностики геометрии былиудалены лишние кривые и точки, необходимо включить функции Filter pointsи Filter curves. Все кривые и точки, расположенные на расстоянии друг отдруга меньшем, чем заданная линейная точность будут совмещены междусобой.