叶轮非结构化网格划分技术优化方案推荐

1）创建工作目录：打开ICEM，单击【File】→【Change Working Dir...】，如图3-1所示，弹出对话框，如图3-2所示，自定义工作目录。

图3-1 自定义工作目录

图3-2 设置工作目录

2）新建文件：单击【File】→【New Project...】，创建新的叶轮网格工程文件impel-ler.prj，如图3-3所示。

图3-3 创建叶轮新文件

3）几何文件导入：单击【File】→【Import Geometry】→【STEP/IGES】，如图3-4所示，弹出如图3-5所示对话框，选择*.stp格式文件（其他几何文件格式类似）并打开，单击【OK】按钮，出现工作界面如图3-6所示。注意：导入文件不能放在桌面及以中文命名的目录下。

4）删除其他几何体：选中其他几何体（保留叶轮部分）并单击鼠标右键，选择【De-lete】命令，如图3-7所示。显示【Geometry】的【Surface】及【Solid Simple Display】后的叶轮如图3-8所示。

图3-4 导入stp文件

图3-5 选择文件

图3-6 导入模型后工作界面

图3-7 删除几何体

图3-8 叶轮工作界面

5）创建叶轮几何拓扑结构：单击【Repair Geometry】，然后单击出现在界面中【Build Diagnostic Toplogy】，单击【OK】按钮，完成几何拓扑的自动创建，如图3-9所示。

图3-9 创建叶轮几何拓扑结构

6）创建叶轮体：单击【Create Body】，在弹出的界面中输入所要创建的叶轮体名称为impeller，接着单击【By Topogly】，最后单击【Apply】按钮，进行叶轮体的创建，创建过程及结果如图3-10所示。

图3-10 创建叶轮体

7）定义面：右键单击【Parts】，选择【Create Part】命令，如图3-11所示。

图3-11 创建Part

对于叶轮而言，此部分主要是创建交界面和壁面。叶轮的交界面共有两个，一个是与进口延长段相交的面（命名为imp_jkyc），另一个与蜗壳相交的面（命名为imp_vol）；壁面分别为前盖面（命名为wall_imp_qiangb）、后盖板（命名为wall_imp_hougb）以及叶片（命名为wall_yepian）。

下面以定义叶轮与进口延长段交界面为例，说明ICEM定义面的方法。选择【Create Part】后，在界面Part中输入叶轮与进口延长段交界面名字imp_jkyc，单击，选中进口面，单击【Apply】按钮（或单击鼠标中键），创建过程及结果分别如图3-12和图3-13所示。

图3-12 创建叶轮与进口延长段交界面imp_jkyc过程

图3-13 创建交界面结果

采用同样的方式定义叶轮与蜗壳相交的面，命名为imp_vol，如需要将模型旋转，可以通过单击按钮并按住鼠标左键拖动来实现，按按钮恢复选取交界面状态，创建过程如图3-14所示。

(www.xing528.com)

图3-14 创建叶轮与蜗壳交界面imp_vol过程

前盖板壁面、后盖板壁面以及叶片壁面，分别命名为wall_imp_qiangb，wall_imp_hougb以及wall_yepian（包括叶片进口圆弧面），创建过程如图3-15～图3-17所示。

图3-15 创建前盖板壁面

图3-16 创建后盖板壁面

图3-17 创建叶片壁面

叶轮面创建结果如图3-18所示。

图3-18 叶轮面创建图

8）网格划分尺寸赋值：单击【Mesh】标签，选择【Global Mesh Setup】，在左侧选项栏中的【Max element】选项栏输入2.5（此数值控制网格疏密，数值越小网格数越多，建议先设定大的数字，再设定小数字，防止网格数过多造成电脑内存不足），单击【Apply】按钮，完成网格划分尺寸赋值，设定网格划分尺寸过程如图3-19所示。

图3-19 叶轮全局网格尺寸赋值

9）设定网格划分类型：非结构化网格类型包括四面体（Tetra/Mixed）、六面体主导（Hexa-Dominant）和笛卡尔网格（Cartesian）。本例中选择Tetra/Mixed网格类型，该类型网格生成方法包括：八叉树（Robust）、快速Delunay法和前沿推进法（Advancing Front）。本例选择八叉树法，即一种自上而下的生成网格方法，先生成体网格，再生成面网格。边评判（Edge Criterion）通常接受默认值0.2。网格划分类型设置过程如图3-20所示。读者可以自行尝试其他两种方法，设置过程类似。

图3-20 网格划分类型设置

10）网格生成：单击【Mesh】标签，并单击【Compute Mesh】，在左侧选项栏里，单击【Volume Mesh】，然后单击【Compute】，程序自动生成叶轮的非结构化网格。非结构化网格生成设置过程如图3-21所示。

图3-21 生成非结构化网格

11）光顺网格：上面步骤生成的网格质量一般不高，无法满足CFD计算的要求，可以通过光顺的方法来进一步提升网格质量，其设置过程如图3-22所示。单击【Edit Mesh】标签，选择【Check Mesh】，在左侧选项栏里单击【Apply】按钮，对网格进行质量检查，检查完毕后弹出对话框单击【Yes】按钮，完成非结构化网格质量检查。

图3-22 非结构化网格质量检查

单击【Edit Mesh】标签，选择【Smooth Mesh Globally】，在左侧选项栏里的【Criterion】中选择Quality光顺指标，在【Up to value】输入栏中输入0.2，该值取值范围为0～1，越接近1网格质量越高，但需要花费的优化时间更多，一般取0.2，然后单击【Apply】按钮，对网格进行光顺，操作过程如图3-23所示。

CFD计算不仅对非结构化网格的质量有要求（>0.2），而且对单元最小内角Min angle有要求，最低要求>9°，一般要求>18°。基于网格质量和优化时间考虑，此处取14°。因此在ICEM进一步以Min angle>14°为指标进行光顺，具体方法如图3-24所示。

12）导出计算网格文件：单击【Output】标签，选择【Select Solver】，在选项【Output Solver】中选中ANSYS CFX（不同的求解器需要不同的输出格式，可以在下拉菜单中进行选择），在选项【Common Structural Solver】中选中ANSYS，然后单击【Apply】按钮，具体过

图3-23 叶轮网格光顺——质量标准

图3-24 叶轮非结构化网格光顺——最小角度标准

程如图3-25所示。然后单击【Output】→【Write input】，弹出如图3-26所示的对话框，修改导出计算网格文件的名称及储存位置，单击【Done】按钮，导出CFX计算所需的*.cfx5网格文件。

图3-25 定义求解器

图3-26 导出计算网格文件