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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(zhǎng)率等參數(shù)，使得邊界層不超出壁面 6.

其中，采用ICEM劃分的高質(zhì)量結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對(duì)仿真精度起決定性作用：結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的規(guī)整拓?fù)涮匦钥删_捕捉攪拌區(qū)復(fù)雜渦流，確保流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果可靠性；其邊界層控制能力還能有效模擬近壁面湍流特性。若網(wǎng)格質(zhì)量不足，易導(dǎo)致數(shù)值擴(kuò)散或收斂困難，使仿真結(jié)果偏離實(shí)際物理現(xiàn)象。因此，ICEM生成的高質(zhì)量結(jié)構(gòu)網(wǎng)格是獲得準(zhǔn)確攪拌釜仿真數(shù)據(jù)的重要基礎(chǔ)。

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(zhǎng)度，根據(jù)尺度和速度變化率的量級(jí)比較，可將納維-斯托克斯方程簡(jiǎn)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。

在默認(rèn)情況下，系統(tǒng)自動(dòng)生成四面體網(wǎng)格 (Tetra)，通過設(shè)定可以創(chuàng)建三棱柱邊界層網(wǎng)格 (Prism)，也可以在計(jì)算域內(nèi)部生成以六面體單元為主的體網(wǎng)格 (Hexcore)，或者生成既包含邊界層又包含六面體單元的網(wǎng)格。 Hex-Dominant，一種以六面體網(wǎng)格單元為主的非結(jié)構(gòu)體網(wǎng)格類型。近壁面處網(wǎng)格質(zhì)量較好，但在非結(jié)構(gòu)體網(wǎng)格內(nèi)部網(wǎng)格質(zhì)量較差。

8、對(duì)于復(fù)雜模型生成四面體邊界層網(wǎng)格有哪些注意事項(xiàng)，因?yàn)樯赡Ｐ偷?em>網(wǎng)格質(zhì)量不是很高，尤其是邊界層，老是控制不夠好？ 對(duì)于復(fù)雜模型四面體邊界層控制確實(shí)比較難，沒有統(tǒng)一的原則，但是可以根據(jù)網(wǎng)格質(zhì)量，調(diào)節(jié)比較差的地方的控制參數(shù)，如網(wǎng)格尺寸及尺寸變化比率。在進(jìn)行網(wǎng)格光順時(shí)， 可以嘗試先凍結(jié)棱柱層，只光順?biāo)拿骟w，四面體光順好了再一起光順。

劃分網(wǎng)格 這里采用ICEM對(duì)仿真模型劃分六面體網(wǎng)格，這里提一下為什么劃分六面體網(wǎng)格，主要是模型其實(shí)是二維拉伸的，所以只需要?jiǎng)澐忠?em>層網(wǎng)格就能滿足計(jì)算要求，在很大程度上能很好的控制網(wǎng)格數(shù)量。

劃分的網(wǎng)格必須能夠捕捉一定的物理場(chǎng)，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(duì)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(duì)邊界層的Y+提出要求。

圖8 Fluent中網(wǎng)格導(dǎo)入提示信息 圖9 Fluent中顯示的網(wǎng)格 導(dǎo)入至FLUENT中的網(wǎng)格如圖9所示。在這里要提醒的是，為了在FLUENT中正常使用這些網(wǎng)格，需要在ICEM CFD中確定好邊界名稱、域名稱等相應(yīng)的Part，可以以將網(wǎng)格單元添加至part的方式進(jìn)行創(chuàng)建。 OK，大功告成，就是這么簡(jiǎn)單。

一般來講，邊界層的層數(shù)一般在10-15層左右，而且增長(zhǎng)率一般在1.2-1.3，而且對(duì)于傳熱來講你的Y+應(yīng)該控制在1左右，對(duì)于轉(zhuǎn)戾來講你的Y+也應(yīng)該控制在1左右。在一般的CFD求解器中都會(huì)對(duì)網(wǎng)格的質(zhì)量提出要求，比如在ICEM中，就會(huì)提供一個(gè)綜合的評(píng)價(jià)要求，對(duì)于一般的流動(dòng)會(huì)要求網(wǎng)格的綜合質(zhì)量要大于0.3，ANSYS Meshing也會(huì)提供這樣的一個(gè)綜合評(píng)價(jià)要求。

但即使是使用 Har poon 生成更快的網(wǎng)格也是這種速度的主要原因之一。在計(jì)算機(jī)上，使用 Harpoon 制作 30 萬個(gè)細(xì)胞的體積網(wǎng)格只需不到兩個(gè)小時(shí)。計(jì)算結(jié)果表明，魚叉網(wǎng)格的結(jié)果與以前的方法相當(dāng)，其中網(wǎng)格是使用ICEM-CFD（八叉樹）和TGrid（Delaunay）制成的。由于魚叉網(wǎng)格沒有使用棱柱層，因此yplus值相當(dāng)高。因此，車輪上的網(wǎng)格尺寸應(yīng)減小。

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。

ICEM CFD的出現(xiàn)是結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分領(lǐng)域的一個(gè)重大突破，它可以經(jīng)由使用者不斷優(yōu)化調(diào)整，畫出十分完美的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。但其缺點(diǎn)也十分明顯：學(xué)習(xí)成本較高，需要花費(fèi)大量時(shí)間來學(xué)習(xí)并適應(yīng)ICEM的網(wǎng)格劃分方式，學(xué)習(xí)如何優(yōu)化并獲得令人滿意的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。 今天以下圖的 三通管為例，介紹一下如何在ICEM中進(jìn)行簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分。 第一步：導(dǎo)入模型。

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(zhǎng)。Growth Rate Type邊界增長(zhǎng)率類型：默認(rèn)選項(xiàng)Geometic指數(shù)增長(zhǎng)；Exponential冪函數(shù)增長(zhǎng)；Linear線性增長(zhǎng)。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)。