周期網(wǎng)格的案例
記錄貼——關(guān)于ICEM周期網(wǎng)格導(dǎo)出問題
問題描述：在通過ICEM將成周期幾何劃分一個(gè)周期的網(wǎng)格后，且將按照周期性旋轉(zhuǎn)之后在導(dǎo)出網(wǎng)格后依然出現(xiàn)僅有原本的那部分網(wǎng)格？
其實(shí)，就是導(dǎo)出的網(wǎng)格不是全部幾何，只有一部分
這問題其實(shí)是由于對(duì)周期面沒有正確處理，因此對(duì)周期面進(jìn)行正確處理是解決問題的關(guān)鍵
下面介紹具體步驟：
將劃分完一個(gè)周期網(wǎng)格的兩個(gè)周期面分別劃分到兩個(gè)Part中
旋轉(zhuǎn)復(fù)制一個(gè)周期的全部網(wǎng)格，需要注意的是周期面的網(wǎng)格也要同時(shí)旋轉(zhuǎn)
之后旋轉(zhuǎn)后的網(wǎng)格是可以直接輸出的，不過為了去掉中間的周期面是可以直接刪除周期面的Part
以上方法在ANSYS CFX中做過測(cè)試，另在Fluent中也是可以的
展開 葉輪機(jī)械CFD分析周期性網(wǎng)格設(shè)置方法
如下圖所示，應(yīng)用Match Control工具，可以確保周期面上的網(wǎng)格對(duì)應(yīng)，這樣當(dāng)網(wǎng)格導(dǎo)入Fluent中時(shí)，可以直接建立一致性網(wǎng)格的周期面。
周期性界面設(shè)置
將已經(jīng)劃分的網(wǎng)格導(dǎo)導(dǎo)入Fluent中，如果周期面對(duì)應(yīng)的named selection前綴為periodic，導(dǎo)入Fluent后，網(wǎng)格將會(huì)自動(dòng)設(shè)置周期邊界，否則需要按照以下方法進(jìn)行周期面設(shè)置：
（1）對(duì)相關(guān)計(jì)算域指定旋轉(zhuǎn)軸，如下圖所示。
（2）在控制臺(tái)中輸入命令“/mesh/modify-zones/make-periodic”，并分別輸入周期面對(duì)應(yīng)的ID號(hào)，按照提示創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)周期面。
（3）完成周期面邊界設(shè)置后，在邊界條件中會(huì)出現(xiàn)periodic的邊界，即表示周期邊界創(chuàng)建成功。
周期性顯示后處理
當(dāng)完成所有的求解工作后，通過Fluent的后處理功能可以進(jìn)一步對(duì)完整流場(chǎng)進(jìn)行顯示，如下圖所示，在View中對(duì)周期顯示區(qū)域進(jìn)行設(shè)置，最終將可視化結(jié)果還原為整個(gè)葉輪，使結(jié)果顯示更加直觀清晰。
如何正確的應(yīng)用Fluent進(jìn)行葉輪機(jī)械的CFD性能評(píng)估，并通過設(shè)計(jì)優(yōu)化方法完成葉輪機(jī)械流體性能的提高。
展開 葉輪機(jī)械CFD分析周期性網(wǎng)格設(shè)置方法
對(duì)于葉輪機(jī)械而言，流體性能的好壞至關(guān)重要，傳統(tǒng)的葉輪機(jī)械設(shè)計(jì)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，同時(shí)費(fèi)用高，而通過應(yīng)用CFD技術(shù)，則可以大大降低設(shè)計(jì)周期和成本，并能夠準(zhǔn)確給出設(shè)備的整體流動(dòng)性能和局部流動(dòng)細(xì)節(jié)，預(yù)知可能的問題并提前進(jìn)行優(yōu)化。
周期性幾何簡(jiǎn)化
由于葉輪機(jī)械的局部特征對(duì)流場(chǎng)結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，在進(jìn)行網(wǎng)格劃分的過程中，常常需要對(duì)葉片、輪轂等局部細(xì)小特征進(jìn)行高分辨率的捕捉，因此導(dǎo)致最終劃分的葉輪機(jī)械流場(chǎng)網(wǎng)格量巨大無比，求解效率較低。
而實(shí)際上，葉輪機(jī)械幾何及流場(chǎng)都具有周期性的特點(diǎn)，為了優(yōu)化求解速度，我們完全可以充分利用這一特點(diǎn)，提取出葉輪機(jī)械的周期性幾何進(jìn)行分析，如下圖所示，在幾何工具中截取具有周期性的流體域，提取的時(shí)候要注意，我們需要得到的是轉(zhuǎn)動(dòng)周期性區(qū)域，我們可以根據(jù)葉片的數(shù)量進(jìn)行角度計(jì)算，并通過旋轉(zhuǎn)軸截取固定角度的扇形周期區(qū)域。
周期性網(wǎng)格控制
通過Ansys Workbench導(dǎo)入幾何，并應(yīng)用Ansys Meshing進(jìn)行網(wǎng)格劃分。為了便于后續(xù)Fluent進(jìn)行周期面的設(shè)置，我們可以使用Meshing中的“Match Control”工具對(duì)周期面上的網(wǎng)格設(shè)置。
如下圖所示，應(yīng)用Match Control工具，可以確保周期面上的網(wǎng)格對(duì)應(yīng)，這樣當(dāng)網(wǎng)格導(dǎo)入Fluent中時(shí)，可以直接建立一致性網(wǎng)格的周期面。
周期性界面設(shè)置
將已經(jīng)劃分的網(wǎng)格導(dǎo)導(dǎo)入Fluent中，如果周期面對(duì)應(yīng)的named selection前綴為periodic，導(dǎo)入Fluent后，網(wǎng)格將會(huì)自動(dòng)設(shè)置周期邊界，否則需要按照以下方法進(jìn)行周期面設(shè)置：
（1）對(duì)相關(guān)計(jì)算域指定旋轉(zhuǎn)軸，如下圖所示。
展開 Easypbc插件的周期性網(wǎng)格劃分（插件作者所用方法）
Easypbc插件需要相對(duì)面的節(jié)點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，方便后續(xù)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)周期性邊界條件的施加，如果節(jié)點(diǎn)不是一一對(duì)應(yīng)的就會(huì)導(dǎo)致插件報(bào)錯(cuò)。那么如何劃分周期性網(wǎng)格呢？
1.有些人是在Hypermesh中劃分的，該方法我也嘗試過。在導(dǎo)入到ABAQUS后，Mapping accuracy默認(rèn)1E-07時(shí)，無法創(chuàng)建一一對(duì)應(yīng)哪個(gè)的節(jié)點(diǎn)集合。只有將其放大，例如1E-03才可以。所以該方法既有較高的學(xué)習(xí)成本，網(wǎng)格質(zhì)量也一般。
2.方法2就是在ABAQUS中實(shí)現(xiàn)。劃分網(wǎng)格時(shí)選擇Sweep，就可以讓Easypbc插件在后續(xù)過程中正確運(yùn)行。該方法是插件作者所用的方法，視頻鏈接：EasyPBC: Plugin instillation and composite homogenisation example - YouTube。希望可以給大家省點(diǎn)時(shí)間，少走彎路！
展開 
旋轉(zhuǎn)機(jī)械的周期性網(wǎng)格劃分與CFD數(shù)值分析
attention：此葉輪之所以能劃分出60°周期性網(wǎng)格，是因?yàn)槿~片數(shù)為6，所以無論以怎樣的60°角度去切，其左右部分旋轉(zhuǎn)60°后是都可以重合在一起的，即其各種計(jì)算參數(shù)都是一致的 即 P:left=P:right
葉輪1.jpg
葉輪2.jpg
分割成60°周期模型.jpg
截圖23.gif
網(wǎng)格放大圖1.jpg
截圖26.gif
進(jìn)口邊網(wǎng)格細(xì)化
截圖27.gif
葉輪主流區(qū)域網(wǎng)格劃分，葉輪的左邊兩塊和右邊兩塊區(qū)域都是一一對(duì)稱的，這也是能夠進(jìn)行周期計(jì)算的原因
截圖29.gif
截圖30.gif
截圖01.gif
壁面附近相對(duì)速度矢量分布放大圖
展開 案例教程|創(chuàng)建周期性網(wǎng)格
導(dǎo)讀
在CFD計(jì)算中，周期邊界應(yīng)用非常廣泛，當(dāng)幾何模型對(duì)稱時(shí)，采用周期性邊界可以大大減少計(jì)算量。本文描述了如何在Fluent Meshing及Ansys Meshing模塊中創(chuàng)建周期性網(wǎng)格的步驟。
Ansys Meshing
1.創(chuàng)建模型
新建幾何模型
剖分處1/4或1/2完整幾何體，這個(gè)幾何體有2個(gè)周期性邊界。
2.Ansys Meshing 網(wǎng)格劃分
進(jìn)入Meshing模塊
創(chuàng)建柱左邊系Coordinate Systems<Insert<Coordinate Systems。
在彈出的面板中
選擇柱坐標(biāo)系Cylindrical，Origin設(shè)置旋轉(zhuǎn)中心
將旋轉(zhuǎn)中心設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸上。
展開 多晶塑性任意復(fù)雜網(wǎng)格周期性邊界的施加
其基本做法是將對(duì)邊位移連續(xù)性從“節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)”提升為“點(diǎn)對(duì)面/面到面”的映射關(guān)系：對(duì)邊某一點(diǎn)的位移可以由另一側(cè)面上相鄰單元的插值來表示，從而建立周期性約束，這帶來的價(jià)值非常直接：
不犧牲網(wǎng)格質(zhì)量：可以在需要的區(qū)域加密、在晶界處優(yōu)化單元形狀，而無需為了配對(duì)去遷就對(duì)邊節(jié)點(diǎn)；
適配真實(shí)復(fù)雜幾何：晶粒邊界、第二相形狀、孔洞等可以更自然地離散，減少“鋸齒邊界”帶來的假象；
提升建模效率：無需反復(fù)調(diào)網(wǎng)格去滿足周期配對(duì)，顯著降低前處理成本；
更穩(wěn)健的多物理耦合：對(duì)相場(chǎng)裂紋、擴(kuò)散–力學(xué)耦合、損傷演化等，邊界幾何與網(wǎng)格質(zhì)量常是結(jié)果可靠性的前提，非匹配 PBC 能提供更通用的邊界框架。
簡(jiǎn)言之：它把周期性邊界從“依賴網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的技巧”變成“適用于任意網(wǎng)格的通用約束能力”，讓多晶模擬在復(fù)雜微結(jié)構(gòu)問題上更可擴(kuò)展、更可復(fù)用。
這里展示使用“非匹配網(wǎng)格下的周期性邊界”的二維和三維復(fù)雜模型的非體素網(wǎng)格的周期性模擬結(jié)果：
二維模型：
拉伸變形結(jié)束后的模擬結(jié)果：
等效應(yīng)力分布：
累計(jì)剪切滑移：
三維模型：
拉伸變形結(jié)束后的模擬結(jié)果：
等效應(yīng)力分布：
累計(jì)剪切滑移：
周期性位移確認(rèn)：
位移U2：
位移U3：
可以看到，位移分布特征（鏡像）具有完美的周期性特征
展開 ANSYS Mesh中創(chuàng)建周期邊界
圖 6插入對(duì)稱
在插入的Symmetry節(jié)點(diǎn)上點(diǎn)擊右鍵，選擇Insert > Periodic Region，插入周期區(qū)域。如圖7所示。
圖 7插入周期區(qū)域
選擇low boundary與high boundary，這兩個(gè)邊界為相對(duì)應(yīng)的周期邊界。最好是沿著旋轉(zhuǎn)方向。設(shè)置type為Periodic，設(shè)置Coordinate System為前面創(chuàng)建的柱坐標(biāo)系。
圖 8設(shè)置周期
如圖9所示選擇相應(yīng)的面。
圖 9選擇周期面
OK了，其他網(wǎng)格劃分工作就沒什么好說的了，該怎么劃分還怎么劃分。設(shè)置周期邊界的作用在于保證周期面上的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)一致，否則在fluent中創(chuàng)建周期邊界會(huì)出錯(cuò)。為了便于觀察，這里使用四面體網(wǎng)格（其實(shí)這個(gè)模型在mesh中可以自動(dòng)劃分為六面體網(wǎng)格）。生成的網(wǎng)格如圖10所示。從圖中可以看出，周期面上網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)是映射對(duì)應(yīng)的。
圖 10 網(wǎng)格模型
展開 周期性瞬態(tài)導(dǎo)熱有限元計(jì)算網(wǎng)格剖分規(guī)則研究
流固耦合
周期性瞬態(tài)導(dǎo)熱有限元計(jì)算網(wǎng)格剖分規(guī)則研究.pdf
內(nèi)燃機(jī)機(jī)體內(nèi)冷卻水腔的三維精確建模.pdf
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Ansys葉片顫振仿真分析流程
案例概述
? 顫振分析對(duì)于確定壓氣機(jī)/渦輪葉片安全工作范圍意義重大，Ansys Fluent 2022R1已具備葉片顫振(Blade Flutter)仿真功能
? 本案例以Rotor67壓氣機(jī)葉片為例，介紹了基于Fluent進(jìn)行葉片顫振分析的基本流程，包括：幾何前處理、網(wǎng)格劃分、計(jì)算設(shè)置、求解及后處理
? 模態(tài)結(jié)果文件由Ansys Mechanical計(jì)算得到，具體可參考流體大本營(yíng)葉片顫振相關(guān)仿真資料，本案例不做具體解釋
? 本案例僅作為仿真流程演示說明案例，未與相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)
考慮氣彈問題時(shí)壓氣機(jī)氣動(dòng)特性線安全裕度范圍
幾何前處理
本案例以NASA Rotor67跨音壓氣機(jī)葉片為例
‐整周葉片數(shù)22
‐設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速16043RPM
‐設(shè)計(jì)流量34.07kg/s，單葉片通道流量約1.54kg/s
‐模態(tài)Mode取1階彎曲模態(tài)輸出結(jié)果
‐節(jié)徑Nodal Diameter取0
NASA Rotor67 跨音壓氣機(jī)葉片
具體步驟
-將單通道葉片流體域幾何導(dǎo)入SCDM
-依次為進(jìn)口、出口、輪轂、機(jī)匣和旋轉(zhuǎn)周期交界面進(jìn)行命名，相關(guān)命名方式同一般葉輪機(jī)仿真規(guī)則
-該模型未設(shè)置葉尖間隙，如葉片帶有葉尖間隙則需對(duì)葉尖面進(jìn)行單獨(dú)命名方便后續(xù)網(wǎng)格加密
-基于TurboGrid生成的帶有葉尖間隙的網(wǎng)格暫時(shí)不支持在Fluent中進(jìn)行
Rotor67葉片單通道流體域幾何
Fluent Meshing網(wǎng)格劃分
? 在Workbench中將Geometry拖曳到Fluent模塊的Mesh單元
? 雙擊Mesh打開Fluent Meshing網(wǎng)格劃分界面
‐導(dǎo)入幾何
‐葉片局部網(wǎng)格加密
‐生成面網(wǎng)格
‐設(shè)置進(jìn)出口邊界條件，設(shè)置周期對(duì)稱邊界面網(wǎng)格
‐定義流體域
‐設(shè)置邊界層網(wǎng)格
‐生成體網(wǎng)格(網(wǎng)格總數(shù)約80萬)
展開 
ICEM-風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格
對(duì)于風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，其實(shí)難點(diǎn)在于葉片劃分之后網(wǎng)格是否對(duì)稱，其實(shí)可以考慮周期網(wǎng)格之后陣列合并網(wǎng)格即可。
[問題討論]ICEM操作入門指南
一．非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的一般步驟：
1. 導(dǎo)入幾何體（Ug中定義family，輸出tin文件）
2. 檢查體：Repair Geometry （有時(shí)需要補(bǔ)面），給邊界面取名。檢查 體時(shí)，如果出現(xiàn)黃線，就說明幾何體有問題，紅色、藍(lán)色線為正常的。
3. 生成body,（非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格必須依據(jù)body生成，流通區(qū)域建立body，如果要算熱態(tài)的，固體區(qū)域也要生成body；有幾個(gè)封閉區(qū)域生成幾個(gè)body,且其名稱必須不同。）
4. 設(shè)置全局網(wǎng)格（global mesh setup< global mesh size>,< set up periodicity>）。在Global Mesh Setup 設(shè)置參數(shù)。為了加密孔上的網(wǎng)格，要用Curvature/Proximity Based Refinement。Refinement為近似圓時(shí)的多邊形的邊數(shù)。
5. 設(shè)置周期邊界網(wǎng)格，周期面上的網(wǎng)格必須一致，所以必須在設(shè)置周期面之后才能計(jì)算網(wǎng)格（compute mesh）。使用mesh sizes for parts命令。周期面必須要定義 base（回轉(zhuǎn)軸的基點(diǎn)），Angle（扇形面的角度），在這里旋轉(zhuǎn)軸與ug中的模型有關(guān)，如果ug中不是以三個(gè)基準(zhǔn)軸的話，就要自己找點(diǎn)（用Geometry的做點(diǎn)法來定）。
6. 計(jì)算網(wǎng)格Compute Mesh。
7. display mesh quality,如果網(wǎng)格質(zhì)量不行，可以在局部區(qū)域使用creat mesh density命令加密網(wǎng)格。
8. smooth Elements Globaly，Smoothing iterations一般選擇25次，Up to quality一般為0.4
9. choose slovr
10.
展開 5條建議助你畫出完美的渦輪機(jī)械網(wǎng)格
這種情況下，則可能產(chǎn)生非共形交界面（non-conformal interface）
通常，多塊六面體網(wǎng)格較多用于軸流（axial flow）機(jī)械，而混合網(wǎng)格則多用于徑向流/離心流（radial/centrifugal）以及混合流動(dòng)機(jī)械。
所以，網(wǎng)格的選擇通常取決于幾何的復(fù)雜程度以及我們想要研究的流動(dòng)的特性。
2. 周期性網(wǎng)格
葉片幾何具有的旋轉(zhuǎn)周期性為減少網(wǎng)格劃分時(shí)間、精力和復(fù)雜性提供了便利。軸流機(jī)械以及徑向流/混合流機(jī)械的旋轉(zhuǎn)域部分同樣可以采用這種劃分方式。這種方式的第一步就是選擇周期性的單流道，其周期角由葉片數(shù)目決定，即：
周期角＝360°/葉片數(shù)
例如：
對(duì)一16葉片的徑向渦輪機(jī)，其周期角＝360°/16＝22.5°（單葉片通道）
而對(duì)于只有4個(gè)葉片的泵來說，其周期角＝360°/4＝90°（單葉片通道）
這種周期性的幾何區(qū)域可以通過兩種方式進(jìn)行選擇：
兩個(gè)葉片之間的流道（第一個(gè)葉片的吸力面到下一個(gè)葉片的壓力面）
周期性的流道中只包含一個(gè)完整葉片
如果流動(dòng)本身也是周期性的（大部分軸向流機(jī)械），只需要對(duì)單葉片流道劃分網(wǎng)格并用于模擬計(jì)算即可，無須考慮葉片的數(shù)目。
但是，如果流動(dòng)不是周期性的（具有渦殼的徑向流和混合流機(jī)械），單周期流道的網(wǎng)格需要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)復(fù)制，以形成完整的（360°）幾何及網(wǎng)格。
3.
展開 HyperMesh 在 CFD網(wǎng)格劃分領(lǐng)域的應(yīng)用-Hypermesh軟件教程CAE流體網(wǎng)格劃分CFD
流體和不同的固體實(shí)體網(wǎng)格也是采用放在不同的組件里使用名字來設(shè)置邊界條件的。不同類型的體網(wǎng)格交界面處或外邊界處沒有設(shè)置邊界條件的地方，在導(dǎo)入CFD求解器時(shí)會(huì)自動(dòng)生成外部邊界條件，往往導(dǎo)致出錯(cuò)，建議合理的設(shè)置邊界條件，避免遺漏。設(shè)置完邊界條件后可以用尋找自由邊的方法看是否存在 free edge，以此觀察邊界條件的設(shè)置是否有誤。綜上，使用 HyperMesh生成網(wǎng)格時(shí)從開始就需要做好規(guī)劃，方便邊界條件的生成。
5結(jié)論
從上述案例中網(wǎng)格的生成過程可以看出， HyperMesh具有友好界面，具有較為強(qiáng)大的幾何處理功能，可以幫助快速生成高質(zhì)量網(wǎng)格，并且可以實(shí)現(xiàn)邊界層生成以及流體邊界條件設(shè)置。
課程簡(jiǎn)介學(xué)習(xí)收獲：
還在為CFD網(wǎng)格前處理發(fā)愁嗎？目前市場(chǎng)上hypermesh教程主要針對(duì)結(jié)構(gòu)方面網(wǎng)格處理。本課程主要講解HyperMesh作為CFD仿真做前處理網(wǎng)格處理。
課程基于 HyperMesh2019講解并兼顧13/14/2017等版本。
能使學(xué)習(xí)者掌握 HyperMesh為CFD做前處理的基本思路和方法，CFD網(wǎng)格問題的處理、邊界層網(wǎng)格的控制復(fù)雜幾何的CFD處理、外流場(chǎng)網(wǎng)格以及周期邊界網(wǎng)格等實(shí)際問題的處理方式。
課程思路緊跟實(shí)際建模節(jié)奏，深入講解CFD前處理過程，使學(xué)習(xí)者最終可獨(dú)立借助 HyperMesh進(jìn)行CFD前處理。
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