流道抽取的案例
利用STAR CCM+進行流道抽取
在CFD仿真流程中，流道抽取是一項非常重要的工作。
對復雜產品進行CFD仿真分析，通常利用專業三維CAD軟件建立數字模型，然而這些模型并非流體計算域，無法直接導入至前處理軟件劃分網格，因此需要在這些模型基礎上抽取流體計算域，亦即流道抽取工作。根據CFD計算類型，流體域抽取分為兩類：（1）內流計算域生成，（2）外流計算域生成。
提取流體域的方法很多，可以在CAD軟件中利用布爾運算操作生成計算域，但是由于CAD軟件與CAE軟件間建模精度存在差異，在CAD軟件中提取的計算域導入至CAE前處理軟件中常常會產生幾何特征丟失的情況，對于復雜的幾何體情況更加嚴重。因此建議使用CFD前處理軟件進行流道抽取工作。以前提過使用ANSYS Workbench中的Design Modeler模塊進行流道抽取工作（主要利用Fill與enclosed實現）。本次主要利用STAR CCM+中的3D-CAD模塊來實現流道抽取。
STAR CCM+是一款通用計算流體軟件，包括了從幾何建模、計算前處理、求解器以及后處理器的完整模塊。其中3D-CAD是集成于STAR CCM+中的幾何創建模塊，利用該模塊，用戶可以不僅可以創建幾何模型，還可以對導入的外部幾何模型進行修補，同時還可以提供流道抽取功能。這里以兩個簡單的例子來說明利用3D-CAD抽取內流道與外流道的功能。
1、幾何描述
產品實際模型如圖1所示。
展開 基于CFX---Turbo的離心泵仿真流程
壹
蝸殼流道抽取、網格劃分
這里介紹一種從CAD到CAE的模型中間處理軟件SCDM，通過這款軟件能夠實現模型修復以及流道抽取，本次案例的流道抽取就是在SCDM中完成流道抽取。
網格劃分是在ANSYS Meshing中完成，ANSYS meshing能夠快速完成非結構的網格劃分，當然比不上FM。
蝸殼流道
貳
葉輪 網格劃分
本次的葉輪流道是在turbogrid中劃分的單流道網格，turbogrid能夠快速的劃分葉輪機械葉片的結構化網格。
全新體驗的Fluent Meshing | 在燃氣渦輪中的應用
針對上述挑戰，Ansys在2019年推出了基于單個操作流程界面的全新高效網格劃分工具Ansys Fluent Meshing，該網格劃分工具包含了最新的Mosaic多面體網格且可進行自動網格劃分，特別適合于包含復雜冷卻流道的氣冷燃氣渦輪葉片的網格劃分和前處理。基于Ansys SCDM幾何前處理工具和Ansys Fluent Meshing網格劃分工具可完美應對復雜氣冷燃氣渦輪幾何前處理和高質量網格劃分的挑戰！
1、基于Ansys SCDM進行幾何前處理
在正式的網格劃分之前需要對渦輪葉片進行幾何前處理，主要包括以下環節：
幾何結構修復：SCDM可一鍵對缺失面、部件干涉等進行修復得到修復后的實體模型，效率遠高于傳統CAD軟件。
幾何細節簡化：在氣冷渦輪葉片CFD仿真之前一般會對計算結果影響較小的倒圓、小孔、臺階等結構進行簡化，SCDM可對上述細節進行批量選擇后一鍵式進行簡化。
內冷卻流道抽取：氣冷渦輪葉片一般包含復雜的內冷卻流道，使用SCDM的Extract Volume功能可一鍵對其進行抽取，并與原固體葉片進行拓撲共享創建流固交界面，精度和效率都遠高于使用布爾運算進行前處理的傳統CAD軟件。
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內冷卻流道抽取：氣冷渦輪葉片一般包含復雜的內冷卻流道，使用SCDM的Extract Volume功能可一鍵對其進行抽取，并與原固體葉片進行拓撲共享創建流固交界面，精度和效率都遠高于使用布爾運算進行前處理的傳統CAD軟件。
使用SCDM進行渦輪內冷流道抽取并進行拓撲共享
2
基于Ansys Fluent Meshing進行網格劃分
2019年全新推出的Ansys Fluent具有高效、高質量網格劃分能力，非常適合于仿真工程師處理氣冷渦輪葉片網格劃分問題。
基于單一操作樹、可定制化、可復用的網格生成操作流程：全新的Fluent Meshing可在單一操作界面操作樹中一站式完成幾何結構導入、面網格劃分、邊界條件預定義、計算域識別和抽取、邊界層網格設置和體網格劃分等操作。
展開 
全新體驗的Fluent Meshing | 在燃氣渦輪中的應用
內冷卻流道抽取：氣冷渦輪葉片一般包含復雜的內冷卻流道，使用SCDM的Extract Volume功能可一鍵對其進行抽取，并與原固體葉片進行拓撲共享創建流固交界面，精度和效率都遠高于使用布爾運算進行前處理的傳統CAD軟件。
使用SCDM進行渦輪內冷流道抽取并進行拓撲共享
2
基于Ansys Fluent Meshing進行網格劃分
2019年全新推出的Ansys Fluent具有高效、高質量網格劃分能力，非常適合于仿真工程師處理氣冷渦輪葉片網格劃分問題。
基于單一操作樹、可定制化、可復用的網格生成操作流程：全新的Fluent Meshing可在單一操作界面操作樹中一站式完成幾何結構導入、面網格劃分、邊界條件預定義、計算域識別和抽取、邊界層網格設置和體網格劃分等操作。
展開 基于Ansys Fluent混合油導流仿真分析
將三維設計軟件輸出的文件保存成可以被Ansys軟件讀取應用的類型，在Ansys spaceclaim中對該模型進行簡化、流道抽取等操作。為后續進行仿真分析做準備。
2 在Fluent中設定的參數
在Fluent計算中，需要混合油的技術參數，比如混合油濃度、壓強或者流速、黏度、溫度等等，如下表1所示。通過選擇某一級的循環混合油參數來作為分析的液相資料，在分析之前，將流體的密度、粘度和表面張力等參數輸入到系統中，另外混合油在導流片表面的流動的狀態還與噴淋量有關。在一定的范圍內，循環噴淋量越大，滲流速度越大，流動狀態越接近湍流或湍流程度越大，則第二、第三階段的傳質阻力越小[3]。因此為了能夠看出混合油流動的情況，需要混合油的流速或者流量的參數，按照表1中列舉的幾個主要技術參數來做仿真分析，通過在具體數據情況下的仿真結果，來觀察導流片表面流過的混合油在槽中的流動情況，以此來分析導流片的結構，并進行優化，以滿足最終的要求。
表1 混合油相關參數
根據空心管的直徑，管孔大小，折合到每個管孔的流量為5 m3/h, 上表中除了以上混合油的參數，對于Ansys軟件的數限范圍也進行了一些設定，比如網格劃分中實體單元節點、關聯中的缺省值、平滑度等等，Fluent里面的分析有多種網格參數選項，不同選項為后續的網絡劃分、動態模擬等都會產生不同結果，而為了獲得最接近實際的流動效果，都需要做網格參數的設定。
3 混合油導流片表面流動仿真
3.1 導流面混合油流動設想
混合油從空心管道進口進入，充滿整個管道內腔，在管道的下側有小孔，混合油從小孔落下，由于管道內腔中的混合油有一定壓力，因此混合油是以一定速度從小孔中打出來的。有一定沖擊力的混合油流到導流片上，導流片表面是具有一定曲面的形狀，混合油就會相切于曲面，形成一個向特定方向流動的液體流。
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冰箱內部結構展示
Fluent流體仿真的基本流程圖
抽取流道、網格劃分
流場抽取（計算域）
流體網格劃分
網格劃分拓展
多面體網格
流體網格——邊界層
求解器設置、計算
冰箱內部壓力云圖
X切面
Y切面
Z切面
冰箱內部速度云圖
X切面
Y切面
Z切面
冰箱內部速度矢量圖
如圖所示風流道部分區域存在滯留區（旋渦），冷風不能順利流出。
一文看完Ansys CFX發展史及2021最新功能
新版本目前支持GUP在CFX Post中對TBR模型的計算結果動畫進行加速生成，用戶同時可在動畫播放過程中從不同角度查看動畫效果：
GPU加速葉片顫振動畫效果生成
4.全新氣冷渦輪葉片仿真處理流程
SCDM可對復雜氣冷渦輪葉片內部冷卻流道進行快速抽取，并與主流計算域進行組合；全新Fluent Meshing多面體網格和六面體核心網格功能可高效、高質量一次性生成葉片固體和流體域的網格，同時CFX支持導入由Fluent Meshing生成的六面體核心網格導入和共軛傳熱仿真分析。
CFX經典的BFC氣膜冷卻模型新增了用戶自定義坐標系用于定義氣膜孔位置，同時用戶可在CFX Pre中對氣膜孔位置進行參數化定義和并行求解計算。
可對流體域、固體域設置不同的時間尺度以加速葉片共軛傳熱收斂。
5.其他旋轉機械相關更新
在網格前處理、邊界條件和求解設置方面CFX也進行了一系列更新：
TurboGrid可生成二次流網格模擬葉頂間隙泄露；配合CFX新增的旋轉參考密度法可極大加速葉頂間隙高壓力/密度區域收斂速度：
CFX新增的無反射邊界條件可防止在瞬態分析時，氣流在進出口邊界位置的反射以提升仿真精度：
CFX Solver更新多級優化加速求解速度，大幅提升多級葉片計算收斂速度：
相關資料：
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2021R2 Ansys CFX新功能
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來源：Yao Xiang，Ansys應用工程師
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