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Hypermesh聯(lián)合Fluent仿真：教你創(chuàng)建CFD邊界層網(wǎng)格 導(dǎo)言：本教程適合采用Hypermesh作為CFD前處理軟件的新手，主要解決做流體仿真分析時(shí)，邊界層網(wǎng)格如何創(chuàng)建，以及內(nèi)部的四面體網(wǎng)格如何創(chuàng)建的問題，不包含求解器分析部分。

Generate the Boundary Layer and Tetrahedral Core Mesh 點(diǎn)Mesh生成邊界層體網(wǎng)格。 合理控制修改層數(shù)、第一層厚度、增長率等參數(shù)，使得邊界層不超出壁面 6.

在高雷諾數(shù)下，邊界層很薄，其厚度遠(yuǎn)小于沿流動(dòng)方向的長度，根據(jù)尺度和速度變化率的量級比較，可將納維-斯托克斯方程簡化為邊界層方程。求解高雷諾數(shù)繞流問題時(shí)，可把流動(dòng)分為邊界層內(nèi)的粘性流動(dòng)和邊界層外的理想流動(dòng)兩部分，分別迭代求解。邊界層有層流、湍流、混合流 ，低速（不可壓縮）、高速（可壓縮）以及二維、三維之分。

由于邊界層厚度分析中Y+的值是由上述等式推導(dǎo)出來的，因此有以下幾點(diǎn)需要注意： 如果 Y+ <1，則第一個(gè)網(wǎng)格單元位于層流子層內(nèi)。 如果 Y+ > 30，則第一個(gè)網(wǎng)格單元位于粘性子層內(nèi)。 如果 1< Y+< 30，則第一個(gè)網(wǎng)格單元位于粘性子層內(nèi)但不太靠近表面壁。

CFD 使用Navier-Stokes 方程進(jìn)行流體流動(dòng)和邊界層分析的數(shù)值模擬。可能涉及以下步驟： 在計(jì)算域中，選擇合適的層流/湍流模型。檢查湍流建模中的 y+ 要求。 生成精細(xì)網(wǎng)格或網(wǎng)格并定義 3D 模型的幾何形狀以進(jìn)行邊界層分析。將 Navier-Stokes 方程分配并求解到每個(gè)網(wǎng)格，以準(zhǔn)確捕獲邊界層厚度。 指定流體流動(dòng)的初始條件和邊界條件。

邊界層網(wǎng)格構(gòu)建時(shí)，在機(jī)翼表面設(shè)置5層棱柱層，首層高度0.01mm保證Y+<1，膨脹比1.2，總厚度占邊界層位移厚度的80%，該設(shè)置能精確捕捉翼型表面的流動(dòng)分離現(xiàn)象。 最終體網(wǎng)格生成階段采用Poly網(wǎng)格類型，在機(jī)翼表面10mm范圍內(nèi)生成多面體邊界層，邊界層區(qū)域使用棱柱層主導(dǎo)網(wǎng)格。

當(dāng)邊界層的寬高比達(dá)到此值，邊界層之后的所有層停止增長。Growth Rate Type邊界增長率類型：默認(rèn)選項(xiàng)Geometic指數(shù)增長；Exponential冪函數(shù)增長；Linear線性增長。Maximum Angle最大轉(zhuǎn)角，數(shù)值范圍90°~180°，默認(rèn)140°。當(dāng)邊界層網(wǎng)格延伸到一個(gè)不需要?jiǎng)?em>邊界層網(wǎng)格的轉(zhuǎn)角時(shí)設(shè)置此項(xiàng)。

這最好通過使用包括多個(gè)網(wǎng)格生成和快速計(jì)算功能的高級 CFD 求解器工具來實(shí)現(xiàn)，如 Cadence CFD 工具套件中所包含的那樣。

設(shè)置全局網(wǎng)格尺寸后，對壁面添加邊界層網(wǎng)格（Prism層數(shù)建議5層，增長率1.3）并啟用Smooth Mesh功能優(yōu)化過渡區(qū)域。 完成網(wǎng)格生成后，必須執(zhí)行四項(xiàng)質(zhì)量檢查：雅可比矩陣＞0.3的單元占比≥95%；最大長寬比＜100；扭曲角＜75°；體積變化率＞0.01，對于旋轉(zhuǎn)域網(wǎng)格還需額外檢查周期性邊界匹配度（偏差＜0.1mm）。

RTM制程 (For RTM Process) 點(diǎn)擊邊界條件頁簽中的迭層排向來激活向?qū)Чぞ摺４_保測量和迭層鋪覆過程之間的數(shù)據(jù)兼容。 ? 匯入檔案(*kpt)：在Moldex3D 網(wǎng)格 and RTM 精靈 (Rhino) 中完成排向設(shè)定及網(wǎng)格匯出后，會(huì)產(chǎn)生KPT檔案，其中的網(wǎng)格檔案(MFE) 記錄迭層排向的信息。

由于FENSAP流場求解器要求壁面第一層網(wǎng)格尺寸必須小于10-5m，本文采用0.005mm的邊界層第一層網(wǎng)格厚度。計(jì)算區(qū)域內(nèi)生成的網(wǎng)格如圖所示。網(wǎng)格在葉片表面附近密度增大用來捕捉邊界層區(qū)域的流動(dòng)信息。為了得到更加準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，這里將地面也建立了致密的邊界層網(wǎng)格。

網(wǎng)格工具特點(diǎn)介紹fluentmeshing導(dǎo)向式工作流介紹案例練習(xí)第二天下午fluentmeshing高級功能介紹fluentmeshing表面網(wǎng)格控制fluentmeshing網(wǎng)格修復(fù)fluentmeshing網(wǎng)格包裹技術(shù)案例練習(xí)第三天上午幾何處理高級技巧網(wǎng)格處理高級技巧第三天下午Fluent求解器中的網(wǎng)格應(yīng)用技巧

為保證網(wǎng)格的邊界層到多面體網(wǎng)格的平滑過度，邊界層的總厚度一般保持與邊界層外與邊界層相接觸的第一個(gè)網(wǎng)格尺寸一致，因此將邊界層總厚度設(shè)為網(wǎng)格基本尺寸即0.001m， 由于在圓柱后面存在周期性脫離的漩渦，為將漩渦計(jì)算得更加準(zhǔn)確，需要將圓柱后部進(jìn)行加密。

經(jīng)過反復(fù)迭代，最終整個(gè)彈簧網(wǎng)格系統(tǒng)達(dá)到新的平衡時(shí)，就可以得到一個(gè)變形后的、新的網(wǎng)格系統(tǒng)。 對于六面體網(wǎng)格、楔形網(wǎng)格等，動(dòng)態(tài)層技術(shù)可以根據(jù)與運(yùn)動(dòng)的物面鄰近的網(wǎng)格層的高度來決定增加或減小網(wǎng)格的層數(shù)。它在邊界上假定一個(gè)優(yōu)化的網(wǎng)格層高度，在邊界移動(dòng)、變形時(shí)，如果鄰近邊界的一層網(wǎng)格的高度大于優(yōu)化高度一定比例時(shí)，就在邊界面與相鄰網(wǎng)格層之間增加一層網(wǎng)格。

由于層流會(huì)沿著邊界表面的形狀流動(dòng)，因此層流建模成功的關(guān)鍵之一是創(chuàng)建與該表面平行的網(wǎng)格，即離散化步驟，以便最好地捕獲邊界層。工程師通常使用像Ansys TurboGrid?渦輪葉片網(wǎng)格劃分軟件這樣的工具，為已知拓?fù)渥詣?dòng)創(chuàng)建高效、準(zhǔn)確的邊界層網(wǎng)格。由于CFD程序會(huì)求解模型中每個(gè)網(wǎng)格單元中的流動(dòng)，因此形狀均勻網(wǎng)格的任何變形，或單元尺寸的突然變化，都會(huì)導(dǎo)致求解中的數(shù)值誤差。

劃分的網(wǎng)格必須能夠捕捉一定的物理場，比如邊界層中的流動(dòng)（如果你關(guān)心的話），傳熱，流動(dòng)尾跡，流動(dòng)梯度等等。那么這些就會(huì)涉及到邊界層的劃分。 邊界層劃分準(zhǔn)則：對于一般的湍流來講，邊界層必須要做，而且不同的湍流模型都會(huì)對邊界層的Y+提出要求。