叶轮混合网格划分优化技术

1）创建工作目录。

2）新建文件。

3）几何文件导入。

4）删除其他几何体。

5）创建叶轮几何拓扑结构。

6）创建叶轮体。

7）定义面。

8）网格划分尺寸赋值：以上步骤与非结构化网格划分方法一致，具体参见3.1.1节。

9）设定网格划分类型：ICEM中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（AdvancingFront）。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）是通过一个因子细分网格比设定参数能更好地捕捉几何外形，通常接受默认值0.2。网格划分类型设置过程如图3-37所示。读者可以自行尝试其他两种方法，设置过程类似。

图3-37 网格划分类型设置

10）混合网格设置：单击【Prism Meshing Parameters】按钮，在【initial height】选项栏中输入0.05（数值表示初始网格高度），在【Height ratio】选项栏中输入1.2（数值表示下一层三棱柱网格与上一层网格之间高度的比值），并在【Number of layers】选项栏中输入10（数值表示网格层数），混合网格参数设置如图3-38所示。

图3-38 混合网格参数设置

单击【Mesh】标签，选择【Part Mesh Setup】，弹出如图3-39所示对话框，选择三棱柱网格的壁面区域，这里只勾选wall_imp_qiangb和wall_imp_hougb壁面作为边界层，忽略wall_ye-pian的边界层（若勾选wall_yepian在wall_yepian与wall_imp_qiangb及wall_imp_hougb交界处生成的网格质量将会非常低，不利于后续数值计算），混合网格边界层设置如图3-39所示。

图3-39 叶轮混合网格边界层设置

11）生成混合网格：单击【Mesh】标签，选择【Compute Mesh】，在左侧选项栏里，单击【Volume Mesh】，生成方法如图3-40所示。由于需要在生成的网格中含有三棱柱网格，因此要勾选【Create Prism Layers】，然后单击【Compute】按钮，生成叶轮的混合网格。叶轮混合网格生成结果如图3-41所示。

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图3-40 生成混合网格

图3-41 初始混合网格

12）光顺混合网格：生成的混合网格需要通过光顺来进一步提升网格质量，其方法如图3-42所示。单击【Edit Mesh】标签，选择【Check Mesh】，在左侧选项栏里单击【Ap-ply】按钮，对网格进行质量检查，检查完毕后弹出对话框，单击对话框中的【Yes】按钮，完成混合网格的质量检查。

图3-42 混合网格质量检查

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，然后单击【Apply】按钮，对网格进行光顺，操作过程如图3-43所示。

图3-43 叶轮混合网格光顺——质量标准

CFD计算不仅对非结构网格的Quality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，本书取18°。因此在ICEM进一步以Min angle＞18°为指标进行光顺，具体方法如图3-44所示。

图3-44 叶轮混合网格光顺——最小角度标准

13）导出计算网格文件：单击【Output】标签，选择【Select Solver】，弹出左下侧的选项栏，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，具体过程如图3-45所示。然后单击【Output】→【Write input】，弹出如图3-46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3-45 定义求解器

图3-46 导出计算网格文件