本文利用STAR-CCM+重疊網格功能，模擬羅茨鼓風機的流場。

本文涉及到的案例來自STAR-CCM+官方幫助文檔，僅供學習和研究活動，禁止以商業盈利為目的的活動。

幾何模型

本案例為一羅茨鼓風機的偽三維模型，因為整個流體區域的厚度比較薄，很難體現三維流動特性，主要為了方便演示如何利用重疊網格處理葉輪和壁面間隙很小的模型。

導入網格

因為官方案例已經幫我們劃分好了背景網格和重疊網格，所以我們只需要將網格導入STAR-CCM+中即可，導入后的網格如下圖所示。

兩個旋轉葉輪網格相互重疊區域的細節圖如下圖所示，每個葉輪壁面都劃分了5層邊界層網格。可以看到靠近壁面的4層邊界層厚度隨著葉輪間隙減小而不斷變薄。

求解設置

物理模型

選擇的物理模型如下圖所示。

設置旋轉

首先設置葉輪1的旋轉參數。

• 右擊 Tools > Motions節點，然后選擇 New > Rotation；
• 重命名 Rotation節點為 Rotation1；
• 選擇 Rotation1節點，設置旋轉軸方向為[0.0, 0.0, 1.0]；
• 選擇 Rotation1 > Rotation Rate節點，設置選擇速度為500 rpm；
• 選擇 Regions > Lobe1 > Physics Values > Motion Specification節點，將 Motion設置為 Rotation1。

其次設置葉輪2的旋轉參數。

• 右擊 Rotation1節點，在彈出的菜單中選擇 Copy，然后右擊 Motions節點，選擇 Paste粘貼，這樣我們就得到了一個和 Rotation1屬性完全相同的一個節點 Copy of Rotation1；
• 重命名 Copy of Rotation1為 Rotation2；
• 設置 Rotation2的旋轉坐標系原點為[0.0, 0.03185, 0.0]，轉速為-500 rpm；
• 選擇 Regions > Lobe2 > Physics Values > Motion Specification節點，設置 Motion為 Rotation2。

創建重疊網格交界面

在模擬過程中，在各個區域中的重疊網格之間需要進行數據交換。要實現區域彼此關聯并進行數據交換，就需要在背景區域和重疊區域之間以及兩個重疊區域之間創建重疊交界面。

反向旋轉葉片的邊界彼此接近，在它們之間形成一個小間隙。在這個很小的間隙中至少兩到三個網格。要確保始終滿足此要求，必須激活邊界層收縮。邊界層收縮使緊鄰的壁邊界之間的邊界層單元變形，進而就會呈現出上面圖片中邊界層厚度隨縫隙變薄的情況。

創建重疊網格交界面的步驟具體如下：

1. 創建 Lobe1區域和背景網格之間的交界面。同時選中 Lobe 1 和 BG，右擊二者中任意一個，選擇 Create Interface > Overset Mesh；
2. 創建 Lobe2區域和背景網格之間的交界面。同時選中 Lobe 2 和 BG，右擊二者中任意一個，選擇 Create Interface > Overset Mesh；
3. 創建 Lobe1區域和 Lobe2區域之間的交界面。同時選中 Lobe1 和 Lobe2，右擊二者中任意一個，選擇 Create Interface > Overset Mesh；
4. 設置上述交界面參數。同時選中 Overset Mesh 1、 Overset Mesh 2 和 Overset Mesh 3，右擊三者中任意一個，然后在彈出的菜單中選擇 Edit，激活 Prism Layer Shrinkage，為了提高插值精度，將插值方法設置為線性，具體如下圖所示。

設置重疊網格拓撲

為什么要設置重疊網格拓撲呢？我們看到兩個選擇葉輪的實體是被挖掉的，它們在旋轉的過程中，整個流場的幾何模型是在不斷變化的，所以需要設置拓撲，確保挖孔正確。

設置方法如下：

1. 選擇 Regions→ Lobe1→ Physics Conditions→ Overset Topology節點，將拓撲選項改為 Direction；
2. 轉到 Physics Values→ Overset Direction Specification節點，設置方向為**+Y**，具體如下圖所示；

3. 同上，設置 Lobe2區域。

設置邊界上的重疊屬性

默認情況下，在靠近壁面邊界的地方，邊界層都會自動收縮變薄，但是在本案例中，并不想在泵殼體上下端蓋壁面出產生邊界層收縮，同時還要排除旋轉葉輪延伸區域的旋轉帶來的影響，具體設置如下：

1. 同時選中 BG、 Lobe1和 Lobe2三個區域中的 top和 bottom邊界，然后右擊其中任意一個邊界，然后在彈出的菜單中選擇 Edit...，然后設置如下圖所示；

2. 同時選擇 Lobe1和 Lobe2兩個區域中的 top和 bottom邊界，右擊其中任意一個邊界，然后在彈出的菜單中選擇 Edit...，接著設置如下圖所示。

網格預覽

一般情況下，在計算開始前要先預覽下重疊網格運動是否正確，預覽步驟如下：

1. 創建一個新的物理連續體，并將其重命名為 Mesh Preview Continuum；
2. 選擇物理模型如下圖所示；

3. 同時選中 BG、 Lobe1和 Lobe2三個區域，將物理連續體修改為上面創建的 Mesh Preview Continuum；
4. 點擊快捷工具欄中的 Run，即可預覽重疊網格的運動效果；
5. 預覽完成后，停止迭代計算，然后在把 BG、 Lobe1和 Lobe2三個區域的物理連續體切換為 Physics 1；
6. 在主菜單欄中點擊 Solution > Clear Solution，然后點 OK，重疊網格會回復原狀。

計算結果

設置好監測場景就可以開始計算了，時間步長設置為4e-4 s，內迭代步數為10步，總物理時間為1 s。點擊快捷工具欄中的Run按鈕開始計算，計算完成，得到羅茨鼓風機的流場隨時間變化如下圖所示。