流體域
關注創(chuàng)建者：仿真客 創(chuàng)建時間：2022-12-27
流體域的視頻教程
Workbench&Creo抽取流體域模型的方法和技巧
詳細操作了在ANSYS Workbench DM中經(jīng)常用到的抽取流體域模型的三種方法，操作技巧以及適用難點，以及在CREO中抽取流體域模型的方法。
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Creo flow analysis-流體仿真_三種仿真操作深度解讀攪拌罐內流體仿真操作
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CREO CFD 高級流體仿真之“熱傳導”現(xiàn)象仿真深入解讀
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流體域的實例教程
圖3 修復后的模型
(5)點擊工具欄中Prepare下的Volume Extract功能，可以看到各種方式的流體域抽取方法，如圖4所示。
圖4 抽取功能
(6)選擇管道的三個出口面，如圖5所示。
圖5 管道出口面
(7)點擊內部面選擇功能，選擇管道內部的一個內表面，內表面藍色高亮顯示，如圖6所示。
圖6 管道內表面
(8)在Options-Volume Extract中，點選Preview inside faces，拖動進度條可以預覽到這個結構模型內部所有的內部表面，如圖7所示。
圖7 內部表面預覽
(9)點擊綠色對勾，確認本次Volume Extract操作，流體域的抽取，如圖8所示。可以看到在管道結構模型內部，已經(jīng)生成了一個流體域模型，同時在左側模型樹節(jié)點中也可以發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)生成了一個Volume體模型，即管道內部的流體域模型。
圖8 流體域抽取
(10)將管道結構模型抑制并隱藏，就可以看到我們需要用于流體計算的管道內部流體域模型到了，如圖9所示。
展開 Star-CCM+是一款類似于ANSYS等的計算流體力學仿真軟件，其最大優(yōu)勢在于網(wǎng)格可以自動化生成，并且能夠生成六面體網(wǎng)格、非結構網(wǎng)格等。
很多新手都會遇到一個問題就是，一般來說，進行數(shù)值計算需要在計算區(qū)域生成實體，但是針對有壁厚的管道之類的流動工況來說，流體域的生成該如何處理。本經(jīng)驗將針對這一問題給出較為詳細的解決方案。
工具/原料
Star-CCM+9以上軟件，電腦
方法/步驟
最開始的諸如生成幾何的步驟想必大家已經(jīng)了解了，因此此處不再贅述。
我們從已有的幾何開始入手。如下圖1，在part中右擊選擇repair surface,之后就自動跳轉到編輯界面，如下圖2,。在左側最上部選擇修復表面選項。本例將要創(chuàng)建管道中間的流體域，因此此處需要修復兩側的出口表面。在界面圖形上雙擊一端的內壁端口處的特征線，即選中，之后在以同樣的方式選中另一側端口的特征線。
下面選擇左側面板中的filling holes using selected edges，這樣便可在右側看見補充的表面了。再在下方選擇new，輸入名字，點擊OK，并點擊右側的modify，這樣新的表面就建成了，最后關閉編輯界面即可。
下面選擇part右擊選擇split parts by surface topology，這樣便將流體域抽取出來了，即生成了2個parts。之后再將流體域表面分開以便設置邊界條件，如圖2。并且進行重命名操作。之后將parts分配到計算域。
下面可在此處設置邊界條件，比如速度進口之類的。之后創(chuàng)建2個新的網(wǎng)格連續(xù)體，1個賦予管道，另一個賦予流體，而兩個網(wǎng)格之間的交界面需要設置長接觸面類型，設置好基本尺寸等參數(shù)后就可以初始化網(wǎng)格，生成面網(wǎng)格，生成體網(wǎng)格了。
展開 問題來了：我們如何才能創(chuàng)建一個完全封閉（Watertight）的船體表面以及相應的流體域？
典型的NAPA輸出的船體幾何
挑戰(zhàn)
當我們仔細觀察這些碎面的表面網(wǎng)格，你會發(fā)現(xiàn)相鄰碎面的邊界并不重合，因此會留有空隙。 常見的CFD網(wǎng)格生成器，很難將這些縫隙自動修復。即便是CAESES自帶的Trimesh功能（快速縫合并將表面三角網(wǎng)格化）， 也很難處理這種情況，紅色高亮顯示縫隙太大，無法縫合。
如果我們將縫合的閥值調大，試圖將紅色的大縫隙給閉合，結果也是徒勞的，因為此時其它小的碎面邊界也會被強制粘合（邊界距離小于閥值）。下圖顯示了另外一種情況就是碎面邊界相互穿刺，顯然這些都不是我們想要的。
在傳統(tǒng)的CAD軟件中，手動修復這些幾何錯誤是相當枯燥的工作，如何通過點幾下鼠標就能解決這些問題，是我們要在CAESES中努力實現(xiàn)的。
自動化解決方案
近期，我們在CAESES中開發(fā)出了這樣一個全自動化的解決方案，當然船體幾何如果是重度破損的話，可能會不奏效。然而從我們接觸到的絕大多數(shù)案例來看，這個解決方案還是有效的，非常干凈利落。
目標是NAPA IGS文件以及其它一些CAD軟件（Rhino等）輸出的幾何，我們研發(fā)出了針對船體曲面特征的縫合修復技術-BRep，Brep技術可以生成一個完全封閉的船體幾何，通過它再創(chuàng)建流體計算域就沒有任何問題了。
這種方法使用起來非常方便， 它是通過Feature來實現(xiàn)調用，用戶只需要選擇船體幾何文件并設置相應的流體域邊界即可。
展開 以控制口0.5mm開度情況為例，原始模型和抽取出來的流體以及網(wǎng)格如下圖所示：
流體域網(wǎng)格
Fluent設置好相應的邊界條件后，將流體計算壓力和對流系數(shù)邊界條件在workbench平臺下導入Mecahnical進行力學分析。
該電磁閥結構分析的幾何模型及有限元如下，彈簧模型采用Mechanical的彈簧單元進行簡化。整個電磁閥結構結構左端固定，導入Maxwell計算的生熱計算溫度分布，之后導入Fluent計算的壓力分布和對流換熱進行結構應力分析。結構熱應力分析參考溫度為室溫22°。
電磁閥結構分析有限元模型
Fluent計算壓力導入Mechanical映射
Mechanical導入磁場，流場后溫度分布結果
文章來源：上海安世亞太
展開 如下圖
線圈繞組焦耳損耗分布
Maxwell計算線圈生熱導入Mechanical
然后進行流體分析計算。本案例中的原始CAD模型只包含了固體區(qū)域，比如活門，彈簧，銜鐵，墊圈，頂桿等，做CFD仿真分析需要事先將流體域（通流域）抽出來，并設定相應的邊界條件。
以控制口0.5mm開度情況為例，原始模型和抽取出來的流體以及網(wǎng)格如下圖所示：
流體域網(wǎng)格
Fluent設置好相應的邊界條件后，將流體計算壓力和對流系數(shù)邊界條件在workbench平臺下導入Mecahnical進行力學分析。
該電磁閥結構分析的幾何模型及有限元如下，彈簧模型采用Mechanical的彈簧單元進行簡化。整個電磁閥結構結構左端固定，導入Maxwell計算的生熱計算溫度分布，之后導入Fluent計算的壓力分布和對流換熱進行結構應力分析。結構熱應力分析參考溫度為室溫22°。
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講師：
劉杰明 | Ansys 高級應用工程師
劉杰明，Synopsys（Ansys）高級應用工程師，南京航空航天大學工學碩士。
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流體域
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