一、問題描述

為了滿足航空發動機對高溫升、高熱容燃燒室的點火與穩定燃燒范圍、出口溫度分布系數、耗油率、火焰筒冷卻以及污染物與噪音排放等日益苛刻的要求，發展新的燃燒室設計技術，為先進航空發動機設計與研制提供有力的技術支持，是當前面臨的一項十分重要的任務。因此發展燃燒室數值分析技術，這對深入了解燃燒室內各工作過程、指導與優化燃燒室設計是至關重要，

網格劃分作為數值仿真的基礎十分重要，網格質量的好壞直接決定了仿真計算結果的準確性，本文以燃燒室模型為例，詳細介紹安世亞太自主開發的CFD前處理軟件PERA SIM PreCFD網格劃分流程。

二、網格流程劃分

1. 幾何模型導入

PERA SIM PreCFD的前處理接口可以導入多種CAD模型，本案例導入的是x_t格式的幾何文件。

圖1- 1導入模型的文件格式

導入的幾何文件是由一個固體零件組成的燃燒室模型，如圖所示。幾何在導入過程中會自動進行檢查，當前在目錄樹中geometry節點下顯示僅有double edges，沒有single edges，說明當前的零件幾何是封閉的實體。

圖1- 2幾何顯示

2. 幾何修復

PERA SIM PreCFD前處理模塊提供了多種工具可以對幾何模型進行修復。本案例中導入的幾何模型發現在其腹部存在兩個多余的面，選擇Geometry-Quick Repair在左下方的屬性欄中設置Stich參數，點擊Repair，程序自動根據容差進行模型修復，修復后的模型如下圖所示。

圖2-1模型修復

3. 抽取體

PERA SIM PreCFD前處理模塊提供了Find volumes功能，用于在幾何拓撲關系的基礎上自動尋找封閉的體積空間，用于體網格的劃分。本案例中點擊Find volumes功能后，程序自動尋找出封閉的體積空間。

圖2- 2體抽取工具

圖2- 3抽取體

可以看到在目錄樹中geometry節點下，封閉的體積空間被命名為solid_1_S，若需要修改該名稱，可先選中該名稱，右鍵單擊，選擇Rename進行重命名。

圖2- 4體名稱的重新命名

4.  邊界命名

2.4邊界命名

點擊工具欄中的選擇面工具，按住ctrl依次選擇需要命名的邊界面，右鍵單擊，在彈出的對話框中選擇Move to Group，在頁面左下方的屬性欄中定義邊界面的名稱，點擊Move，邊界即被定義。

圖2- 5定義邊界名稱

在本案例中通過上述方法，定義了inlet、outlet、wall、wall2四個邊界名稱。

圖2-6邊界名稱顯示

5. 網格劃分

5.1全局網格參數設置

邊界名稱完成后，切換到mesh頁面下，點擊下方的Global選項，設置最大最小尺寸。

針對本案例中模型的具體尺寸，設置整體網格尺寸的最大值為0.002m，最小值為0.001m，并依據曲面的曲率角自動進行加密。激活邊界層網格的劃分，設置近壁面第一層網格高度為0.005m，各層之間的增長因子為1.2，一共4層邊界層網格。

圖2-7全局網格設置

圖2-8參數設置

5.2局部網格參數設置

點擊mesh頁面下的Local Size選項，開始對網格參數進行局部設置。在Local Size Setting屬性欄中對選中inlet邊界，對其進行單獨加密處理，定義最大面尺寸為0.002m，最小面尺寸為0.001m，增長率為1.2，法向曲率角為20度，參數設置完成后點擊apply。

圖2- 9局部網格參數設置

5.3網格劃分

在mesh頁面下，勾選Polyhedron，點擊Volume Mesh選項下的Based on Geometry，程序自動根據設置的全局及局部變量進行網格的劃分。

圖2- 10網格劃分

最終形成的網格如下圖所示：

圖2- 11網格展示

6. 網格質量檢查

體網格劃分完成后，可以通過局部縮放或切片等功能對體網格進行查看。

圖2- 12網格截面

PERA SIM PreCFD前處理模塊具有多種網格質量的檢查和評價標準，包括網格的體積、長寬比、正交質量、扭曲度等。下圖展示了當前體網格的正交質量標準，可以看到最低的網格質量大于0.05，滿足流體求解器的計算要求。

圖2- 13網格質量檢查

通過PERA SIM PreCFD輸出的msh文件導入Fluent后可自動識別邊界名稱。

圖2- 14網格導入fluent

三、結論

通過本案例展示的使用PERA SIM PreCFD對燃燒室模型網格劃分的詳細操作流程，可以看出PERA SIM PreCFD既可以對CAD模型進行修復處理，也具有優秀的網格劃分控制功能，能夠生成多種類型的體網格并對網格質量進行檢查，最終生成滿足各種流體求解器的高質量網格。

作者：袁蘭峰 西安結構開發工程師