任意网格局部加密模式:BOI

释放双眼,带上耳机,听听看~!

原来没有体会到这个功能的优势用处,直到有一次模拟一个茶壶的内部流动的时候才觉得用它做局部加密,格外的香!

上面这个“茶壶”大家可能有印象,前面写CFD-POST创建可控切面的文档中用到过,其实类似的模型在我们做旋转机械的时候经常遇到:口环间隙或者一些其他的间隙流动问题,相比较宏观的流道尺寸这些间隙微不足道,但是不考虑这些流动的话效率偏差或者轴向力的偏差会有些大,所以很多的模拟都会加上这部分的流体域,比如下面这种流道类型

可以看到右侧泵体进口与叶轮前腔中间存在泵体口环与叶轮口环的间隙,这个间隙可能也就0.3-1mm,所以如果只是单纯利用全局网格尺寸无法精细把握这个位置,所以要对这里局部加密!

处理这个位置的局部加密,有2种方案:

  • 把这部分间隙从主要流道中切下来,靠interface配对面传递数据,这样就可以对这个切下来的小流体域定义较小的网格尺寸。方法可行,就是操作复杂且网格的过渡不会很流畅,如果这种间隙较多,就该哭了
  • 直接进行局部体网格加密,也就是今天所说的这种加密方式,简称BOI,方便快捷,还你完整的流道!

一、BOI简介

BOI全称Body Of Influence,影响体。也就是说你可以在模型的任意位置通过这个影响体进行任意形状的网格加密,比如说我要在圆柱体里面加密一个五角星,没问题啊,加密形状由你控制,你爱放哪放哪,很自由。

支持这种网格加密的软件应该有Ansys mesh和Fluent meshing,这也是我们常用的非结构化网格划分工具,当然结构化应该不会用到这个功能的,靠控制节点数也能实现这个功能,暂且不议。

看到这里你觉得BOI到底实现了什么功能?

就是A模型中包含了一个B模型,通过对B模型给定独立的尺寸来控制A模型的局部尺寸。

所以这个B模型是怎么来的呢?就是自己画的模型,可以是二维平面也可以是三维实体,和普通的建模方式完全一致;那么问题又来了,我在模型里画了一个其他的模型,他会对我的流体域造成影响吗?完全不会,当这个BOI体实现它局部网格加密的功能后,就会深藏功与名,本身既不会创建网格也不会出现在后续的流体计算中,默默无闻,就像它从来没有出现过。哈哈,皮一下!

二、模型简介

今天采用的演示模型是一个离心泵,也就是旋转机械流体域的一部分,带有间隙的叶轮腔体,如下图所示:

典型的间隙流动,非常适合做这种局部网格加密!下面会用2种不同的软件来演示这种加密效果!

三、Ansys Mesh局部BOI加密演示

利用SCDM强大的前处理功能,先将BOI模型画好,然后导入Ansys mesh进行网格划分。

首先切开模型,便于我们草绘,然后在需要加密的位置画出具体的形状,比如我这个口环间隙是圆柱形,那我就可以也草绘一个矩形然后旋转成圆柱来加密,结束草绘前先将原来的模型隐藏显示,这样就会生成一个矩形平面;

旋转这个平面成为圆柱,但是要作为单独的体,不能和原来的间隙水体进行布尔运算

最终得到这样的两个体,紫色为需要加密的流体域,绿色为共具体,他俩有重叠但是是独立的两个body

很多教程里习惯于将BOI体命名为BOI_X等等,这只是命名方式的不同而已,只要你能在网格划分的时候认得这个体,保持默认也是可以的,为了后续在软件中更容易识别它,我们暂且将其命名为BOI_JX

对了,通常情况下是不需要对BOI体进行part的定义的,因为用不到!

保存模型。打开Workbench,拖入mesh文件并导入.scdoc模型,然后打开mesh模块

可以看到2个模型均已导入

接下来定义全局网格尺寸,点击mesh,如下设置,给定全局网格尺寸为15

然后在mesh右键插入一个Sizing,用于控制局部尺寸

这里第一个Geometry用于选择将要被局部加密的体,也就是叶轮前盖板的这部分腔体,大的这部分!点击箭头所指的黄色位置然后在右侧图形窗口中选中几何体,如果选不中Body,需要在下图所示的位置切换为Body选择就可以了

接下来定义尺寸的类型,点击Type,可以选择的加密方式有4种

  • Element Size就是常规的给定这个体体网格的尺寸
  • Sphere of influence影响球,和BOI功能类似,只能加密球形的局部尺寸,所以需要指定影响球的位置及半径,不需要自己建模BOI体
  • Body of influence也就是影响体,就是我们所讲的方式,所以这里需要选这个加密方式

接下来点击黄色位置并在右侧的图形窗口中选择影响体BOI即可

然后定义BOI体的网格尺寸为1mm,定义完成

右键mesh点击Generate mesh开始网格划分

网格划分完成,可以看到原本我们创建的BOI体已经消失了,留下的只是细密的间隙网格。可以看到这种加密方式网格尺寸过渡很均匀,不会突然从大尺寸过渡到小尺寸,轻松实现了局部网格尺寸的定义!

四、Fluent meshing局部BOI加密演示

越来越喜欢Fluent meshing这款软件,网格又好看又实用!

模型还是用前面保存的.scdoc文件,注意名称中不能包含中文字符,不然导入不了Fluent meshing中。

打开Fluent软件,选择meshing模式然后进去

在“Select Workflow Type”中选择经典模式Watertight Geometry,走一个流程就画完了

点击Import Geometry,确认单位为mm,点击右下方的三点寻找模型位置并导入

打开后默认会显示背景栅格、镜像及影子,需要关闭的话可以查看下方的文档:

Fluent高版本如何关闭背景栅格及镜像显示


模型导进来下一步就是问你要不要定义局部尺寸。想都不用想,当然要!没有局部尺寸的网格绝对不是好网格哈哈,果断选yes

有6种局部网格尺寸加密的方式:

  • Face size:定义面的尺寸。这个很常用比如叶轮中可以对叶片给比较小的网格尺寸就用这个
  • Body Size:定义体的尺寸,和上面的一个意思
  • Body of influence:就是我们现在讲的BOI啦,果断选择这个

选择完BOI模式后下面可以直接定义局部加密的尺寸,这里我定义为0.5mm

然后Select By也就是选择模式为区域(zone)选择,直接在下方选择带有BOI字样的体就行了,选好点击左下方的Add Local Sizing就可以了,就这么简单!

这里Fluent meshing和Ansys mesh的区别在于Fluent meshing不需要你指定为谁加密,默认和谁相交(接触)就给谁加密,应该算是比较智能了!

对了,当你点选模型后,右侧的图形窗口中会显示网格的大小,便于你判断网格尺寸是否合理,方便直接调整,如果因为看不到网格尺寸给的过于小可能不仅浪费网格划分的时间也容易使网格数量巨多!从这一点来看,Fluent meshing到底是亲儿子,功能更胜一筹!

加下来就是一路点点点,如下图所示:

先生成面网格,面网格加密效果如下

生成多面体体网格

本次教程就到这里!


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