計算機技術飛速發展推動工業領域的變革，其中，以計算機技術為基礎的建模與仿真技術在現代工業中逐步有了廣泛的應用，隨著數字化信息產品高速發展，這要求生產制造企業需要以最短的研發時間，最佳的產品質量、最低的成本以及最優的服務來贏得用戶。

通常，過程裝備所處的環境比較惡劣（高溫、高壓），結構復雜，內部涉及復雜的多相流動、傳質、傳熱以及化學反應，并且實驗測量困難，這都增加過程裝備設計的難度。計算機模擬與仿真已成為與理論和實驗研究并列的第三種科學研究手段，廣泛應用于過程裝備的設計與研發，幫助洞悉產品設計內因，代替部分實驗，節約經費和時間，加速研發周期，優化操作條件。

根據應用領域不同，過程裝備尺寸分布差別較大，小至毫米、厘米級別的微型反應器，大致幾十米的大型設備。針對不同的尺寸設備，幾何的建模、細節捕捉以及網格劃分已成為仿真模擬時較為關注的問題。傳統工程師在裝備的設計建模時喜歡采用Solidworks，UG等此類三維建模工具，在進行CAE仿真時可以直接復用這些幾何文件，通過Ansys SCDM可以直接對這些文件進行幾何修復、細節簡化、以及流動區域的抽取。另外也可采用SCDM直接進行幾何建模。

幾何結構修復：通過SCDM，能夠快速的對幾何文件進行檢測，找到缺失面、多余的邊/面，重疊交叉的區域等，并完成修復。

Ansys SCDM重疊交叉區域的檢測修復

幾何細節簡化：針對大型的過程裝備，經常會遇到外形尺寸大且內部結構復雜，若將所有的結構特性都考慮在內，網格量大，計算周期長。在不影響整體流場的情況下，可以忽略些不必要的細節特征，如一些不必要的倒角，螺絲螺母等信息，能大大減少網格數目，減小計算量。

Ansys SCDM針對幾何細節的簡化

流體域抽取：針對實際關注點不同，所研究的計算域也不同，主要分為外流場和內流場。設備廠商提供三維幾何結構往往只有固體區域，在做CFD仿真時需要進行流體域的抽取，Ansys SCDM有一鍵抽取內外流體計算域的功能，幫助快速高效的進行流體域抽取。

Ansys SCDM針對流體域抽取

2019年全新推出的Ansys Fluent實現高效、高質量網格劃分工作流，能針對復雜的過程裝備，進行流程化（Watertight geometry Meshing和 Fault-tolerant Meshing）的快速生成高質量網格，將之前需要花費一周或者半個月時間才能生成的網格降低到幾小時甚至幾分鐘，大大提高了工程師和研發人員的工作效率。在2020 R1以后版本中引入了中文界面，更加方便中國工程師的學習。

Ansys Fluent Meshing 2020 R1中文界面

全新的Fluent Meshing引入了兩種流程化的網格劃分流程（Watertight geometry Meshing（WTM）和Fault-tolerant Meshing（FTM）, WTM主要針對比較干凈幾何結構文件進行網格劃分，干凈幾何文件是指沒有縫隙、缺失面、幾何重疊等幾何文件，否則將被歸類為臟幾何文件。針對臟幾何文件Fluent Meshing推出了FTM工作流。通過這兩種工作流可在單一操作界面操作樹中一站式完成幾何結構導入、全局/局部網格尺寸定義、面網格劃分、邊界條件預定義、計算域識別及抽取、邊界層設置、網格劃分類型選擇及體網格劃分等操作，最終直接切換到求解計算。

針對過程裝備工業，經常會涉及裝備優化工作，從而提升裝備性能。此時裝備的幾何形狀結構近似，對內構件的形狀、尺寸，布局進行優化。針對此情況用戶可以定義并保存網格劃分模板，隨后利用模板一鍵生成網格。

全新Fluent Meshing還引入了Mosaic多面體網格和Poly-Hexacore多面體+六面體網格，多面體網格具有生成效率高、適應性好等優點，適合于復雜構體的網格劃分，內部含有的Curvature和Proximity等尺寸函數，特別適合捕捉小型曲面、縫隙幾何特征尺寸跨度大的裝備的網格劃分。此外，Fluent Meshing提供多種加密方式，如局部面網格加密、局部體網格加密、影響體（Body of Influence）加密等，其中影響體（BOI）方法可在不對初始幾何進行分割的條件下，規定加密區域，對其進行整體加密。

網格案例1

網格案例2

以下圖為例，需要分析螺旋鉆的外流場，螺旋鉆結構極為復雜，包含些非常細小的局部特征，如螺旋曲面、螺絲、連接接頭等，內部總共包含795個裝備零部件。這時采用Fluent Meshing的FTM功能，能很好的捕捉細小的結構特征，并快速的生成網格，邊壁采用棱柱型網格，中間采用六面體網格，網格總約一千八百萬。

螺旋鉆的外流場網格

Fluent Meshing支持體網格并行劃分，可以充分利用計算資源提升網格生成效率。如下面復雜游艇的外流場網格為例，生成Poly-Hexcore類型網格，網格總數三千一百五十萬，采用單核需要73分鐘生成體網格，當采用64核并行時僅僅需要7分鐘就能生成體網格。通過并行劃分網格，將網格生成效率提升了近10倍。

游艇的外流場網格

Fluent Meshing Poly-Hexcore劃分的網格具備高質量、低數量的特點，這使得基于Fluent Meshing劃分的網格在數值計算上往往表現出計算精度高的特點。為了驗證不同網格類型對模擬精度的影響，以液固兩相攪拌釜為例，采用Poly(純多面體)，Poly-Hexcore（多面體與六面體網格混合）方法生成的網格與純六面體網格的計算結果進行對比。模擬首先進行了網格無關性驗證，結果顯示，隨著網格的加密，對結果沒有太大影響，當前的網格滿足計算要求，并且Poly與Poly-Hexcore生成的網格計算結果沒太大差別。

下圖是將歸一化的攪拌速度與顆粒云沉降高度進行對比，左邊的兩幅圖是單槳計算與實驗結果對比，右邊是雙槳計算與實驗結果對比圖；上面兩幅圖是固含率10%時結果對比，下面兩幅圖是固含率為15%時結果對比。結果顯示在26種操作條件下，采用Poly-Hexcore生成的網格配合Euler-Granular方法，更加能準確的模擬攪拌釜中顆粒的沉降過程。需要特別指出，采用之前的方法生成純六面體網格可能需要2~3天的時間，而當幾何結構相對干凈時，采用WTM方法只需要5~10分鐘便能生成網格。

綜上所述，基于便捷、高效的幾何前處理工具Ansys SCDM和全新的Ansys Fluent Meshing工作流，仿真工程師可高效完成復雜過程裝備的幾何前處理工作并快速生成高質量網格，提供工作效率，提升仿真準確性。