三管相贯模型及其网格划分技术

1.实例概述

生产中经常遇到3根相通的管子连接在一起分流。本例模拟了一个三通管的三维模型并对其进行网格划分和边界定义。已知每根管道直径为0.6m，长1m，水从顶部管道以1m/s的速度流入，分别从下部的两个出口流出，如图4-77所示。

图4-77 三通管实例模型

2.在GAMBIT中建立模型

01 启动GAMBIT，选择工作目录D:\Gambit working。

02 直接创建体。执行Geometry→Volume→Create Real Cylinder命令，弹出如图4-78所示的Create Real Cylinder面板。在Height文本框中填写10，Radius1文本框中填写3，单击Apply按钮，得到圆柱体图，如图4-79所示。按住鼠标左键就可以转动角度观察三维视图。

图4-78 Create Real Cylinder面板

图4-79 圆柱体

03 同理，创建另外两个圆柱体，其他数据保持不变，只是在Axis Location选项中选择Positive X和Positive Y，单击Apply按钮，生成另外两个圆柱体，如图4-80所示。

图4-80 基本圆柱模型

04 单击Geometry→Volume→Create Real Sphere，弹出如图4-81所示的Create Real Sphere面板。在Radius文本框中输入3，单击Apply按钮，生成3个圆柱相交的球体，如图4-82所示。

图4-81 Create Real Sphere面板

图4-82几何体简图

05 单击Geometry→Volume→Unite Real Volumes，弹出如图4-83所示的Unite Real Volumes面板。选择所有的几何体，单击Apply按钮，合成一个几何体，如图4-84所示。

图4-83 Unite Real Volumes面板

图4-84 合并后的几何体

06 单击Geometry→Volume→Create Volume，创建一个边长为5的立方体，用来分割1/8球体，如图4-85所示。

图4-85 几何体三维视图

07 单击Geometry→Volume→Split Volume，弹出如图4-86所示的Split Volume面板。在第一个Volume文本框中选择volume 1，第二个Volume文本框中选择volume 2，并选择Connected选项，单击Apply按钮，生成1/8球体和三通管体，如图4-87所示。

图4-86 Split Volume面板

图4-87 分割后的几何体

08 单击Geometry→Edge→Create Straight Edge，在Create Straight Edge面板中选择中心点和3个柱体相交的顶点，单击Apply按钮，生成共享边，如图4-88所示。

图4-88 生成共享边(https://www.xing528.com)

09 单击Geometry→Face→Create Face From Wireframe，在Create Face From Wireframe面板的Edges黄色文本框中选取刚生成的边以及与该线段围成一个平面的曲线和另一条线段，单击Apply按钮，生成一个相交面。同理，生成另两个相交面，如图4-89所示。

10 单击Geometry→Volume→Split Volume，选择三通管体（Volume 1），在Split With选项中选择Face(Real)，Face选项中选择刚创建的3个面中的一个。单击Connected按钮，单击Apply按钮，即生成一个与1/8球体相连的圆柱体，同理用生成的另外两个面进行相同的操作，最后生成3个与1/8球体相连的圆柱体，如图4-90所示。

图4-89 3个相交面

图4-90 3个与1/8球体相连的圆柱体

3.网格的划分

考虑到水流近壁面的粘性效应，首先需要绘制边界层网络。具体操作步骤如下。

01 单击Mesh→Boundary Layer→Create Boundary Layer，弹出Create Boundary Layer面板，在Edges黄色文本框中选取1/8球体与柱体相交的3条边，视图中该线会出现一个红色的箭头，代表着边界层生成的方向（该方向应冲向圆心，若没有，需要单击〈Shift+鼠标中键〉改变方向）。然后选取1:1的边界层生成方式，并设置First Row文本框为0.1m，Growth Factor文本框为1.4，Rows文本框为4。最后，单击Apply按钮，完成对边界层网格的绘制。按照同样的方式生成三管相交面的边界网格，如图4-91所示。

02 单击Mesh→Volume→Mesh Volume，选择1/8球体，保持默认值，单击Apply按钮，即生成球体的体网格，如图4-92所示。

图4-91 三管相交面的边界网格

图4-92 球体的体网格

03 对柱体进行网格划分。对Y轴方向的柱体采用Cooper的划分方式。单击Mesh→Face→Set Face Vertex Type，弹出Set Face Vertex Type面板，如图4-93所示。在Face文本框中选择Y轴柱体壁面，Vertices文本框选择三柱交点，单击Apply按钮，该交点就由“E”变为“S”，即顶点被设置成Side，如图4-94所示。

04 单击Mesh→Volume→Mesh Volume，选中Y轴方向的柱体，选择Hex和Cooper的划分方式，其他保持默认值，单击Apply按钮，完成对该柱体的体网格划分，如图4-95所示。

图4-93 Set Face Vertex Type面板

图4-94 顶点被设置成Side的几何体

05 对Z轴方向的柱体进行网格划分。单击Mesh→Face→Mesh Faces，弹出Mesh Faces面板，选择Z轴方向柱体壁面，采用Quad和Submap的面网格划分方式，单击Apply按钮。然后单击Mesh→Volume→Mesh Faces，选中Z轴方向的柱体，选择Hex和Cooper的划分方式，其他保持默认值，单击Apply按钮，完成对该柱体的体网格划分，如图4-96所示。

图4-95 Y轴柱体体网格的划分

图4-96 Z轴柱体体网格的划分

06 对X轴方向上柱体网格的划分。单击Mesh→Volume→Mesh Volume，选中X轴方向的柱体，选择Hex和Cooper的划分方式，手动选择该柱体两端的4个面作为源面，单击Apply按钮，完成对X轴方向上柱体体网格的划分，如图4-97所示。

图4-97 X轴柱体体网格的划分

4.边界定义

01 单击Zones→Specify Boundary Types，在Specify Boundary Types面板中的Entity选项中选择Faces，选择Z轴方向柱体入口面定义为速度入口（VELOCITY_INLET），名称为in；选择Y轴柱体出口面定义为OUTFLOW，名称为out-1；将X轴柱体出口面定义为出口（OUTFLOW），名称为out-2；其他面保持默认值，均默认为WALL，如图4-98所示。

图4-98 Specify Boundary Types面板

02 执行File→Export→Mesh命令，在文件名中输入Model10.msh，不选择Export 2-D（X-Y）Mesh，确定输出的为三维模型网络文件。