3.5 ICEM非结构网格划分及实例

3.5.1 非结构化网格基础

在ICEM CFD中划分非结构网格通常步骤是：

（1）先进行全局网格参数设置，包括全局网格尺寸、面网格全局设置、体网格全局设置、棱柱网格全局设置及周期网格全局设置等；

（2）其次设定Part、面、线等网格尺寸；

（3）最后进行网格划分。

非结构网格划分功能位于Mesh选项卡下（见图3-80）：

①定义网格全局参数，包括网格类型、网格生成方法及相关选项。

②定义Part的网格尺寸，可以分别定义Part中的网格尺寸。如将特征尺寸处的面定义为一个Part，定义较小的网格尺寸，一捕捉几何特征；将对计算结果影响不大的面定义为一个Part，定义较大的网格尺寸，以减少网格生成计算量，提高数值计算的效率。

③定义面的网格尺寸，可以通过鼠标选择一个或几个面定义网格尺寸。

④定义线的网格尺寸。

⑤生成线网格，通常此步骤可以省略。

⑥生成网格。

3.5.2 二维网格生成——分叉管非结构网格划分

1．导入几何模型

1）设定工作目录

选择File→Change Working Dir命令，选择文件保存路径。

2）创建模型

采用Workbench中的SpaceClaim创建面域，具体建模过程与图3-57相似，创建后保存文件Y-pipe.igs（见数字资源ch3文件夹）。

3）导入模型

选择File→Import model，在打开的文件夹中选择刚创建的Y-pipe.igs（具体见数字资源ch3中的Y-pipe.igs文件），导入模型如图3-88所示。

4）定义Part

ICEM CFD中定义Part的名称将会是导出网格后边界的名称，可以简化在求解器中定义边界条件的过程。同时在非结构化网格生成过程中，合理定义Part还便于定义网格尺寸。Part中的元素可以是Point、Curve、Surface，也可以是Block或网格。但任意一个元素，如一条Curve，只能存在于一个Part，不能同时存在于两个不同的Part。

对于二维问题，计算边界即为Curve；对于三维问题，计算边界为Surface。

（1）定义入口的Part。右击模型树Model→Parts，选择Create Part，弹出Create Part对话框，输入想要定义的Part名：IN，如图3-89所示，单击选择几何元素，单击选择二维模型中名为进口的线段，单击中键确定，此时左边线段颜色自动改变（注：Part名只接受大写字母，若输入为小写字母，ICEM将会自动将其改为大写）。

（2）采用（1）中的方法，依次选择其余的Part；定义出口1Part名为OUT1；定义出口2Part名为OUT2；定义壁面Part名为WALL，选择分叉管其余外部曲线，如图3-90所示。

（3）观察创建Part是否正确。如图3-91为Part创建完成后模型树，取消对应Part名称，几何图上线段会消失，说明Part创建成功。

若某个Part创建时漏选了线段，如WALL创建时为选择改线的位置，右击模型树Model→Parts→WALL，选择Add to Part，如图3-92所示。

5）创建Surface

ICEM CFD中提供多种生成Surface的方法，如①根据Point或Curve创建；②拉伸Curve创建；③旋转Curve创建；④根据多条Curve创建型面；⑤偏置面创建；⑥创建两个面的中面；⑦分割Surface；⑧合并Surface等。一般主要采用方法①创建Surface。

选择Geometry标签栏，单击进入创建面Surface的操作。

（1）创建Surface。如图3-93单击，在Method的下拉菜单中选择From 2-4 Curve，通过Curve创建Surface。Tolerance保持默认设置，单击，依次选择几何线段，单击中键确定。

（2）定义Surface的Part。操作与定义Curve的Part方法相同，定义Part名为SUR，选择（1）中创建的Surface，创建完成后可检查面是否创建成功（注：需选中Geometry中的Surfaces才好选择创建的面）。

（3）保存几何模型。File→Geometry→Save Geometry As，保存当前的几何模型为Y-pipe.tin。

2．定义网格参数

（1）定义全局网格参数。主要是定义网格的全局尺寸，影响壳/面网格、体网格、棱柱边界层网格的大小。在标签栏中选择Mesh，单击进入定义网格全局参数操作，定义Scale factor为1，勾选Display复选框，Max element值为0.03，勾选Display复选框，其他设置保持默认，单击Apply按钮，如图3-94所示。

（2）定义全局壳网格参数。单击，定义网格类型为All Tri，定义网格生成方法为Patch Dependent，其他参数保持默认值，单击Apply按钮，如图3-95所示。

（3）定义Part的网格尺寸。在标签栏中选择Mesh，单击进入定义Part网格尺寸操作，勾选Apply inflation parameters to curves复选框，允许生成二维边界层网格。定义SUR的网格参数，Maximum size＝0.01；定义WALL的网格参数：选中Prism，Maximum size＝0.005，单击Apply按钮确定，如图3-96所示。

3．生成网格

（1）生成网格。选择标签栏中的Mesh，单击。在弹出的数据输入窗口中单击，其余参数设定保持默认值，如图3-97所示，单击Compute按钮生成网格，如图3-98所示。

（2）检查网格质量。选择Edit Mesh标签栏，单击，如图3-99所示，在Mesh type to check栏中选择TRI_3和QUAD_4，检查三角形和四边形网格单元；在Element to check中选择All，检查所有网格单元，在Criterion下拉菜单中选择Quality作为质量好坏的评判标准，单击Apply按钮确定，网格质量如图3-100所示。

4．导出网格

（1）File→Mesh→Save Mesh As，保存当前的网格文件为Y-pipe.uns。

（2）在标签栏中选择Output Mesh，单击选择求解器，本例中选择ANSYS Fluent作为求解器，如图3-101所示。

（3）在标签栏中选择Output Mesh，单击，保存fbc和atr文件为默认名，在后续弹出的对话框中单击No按钮，不保存当前项目文件，在随后弹出的窗口中选择（1）中保存的Y-pipe.uns。随后弹出如图3-102所示的对话框，在Grid dimension栏中选择2D，即输出二维网格；可以在Output file栏内修改输出的路径和文件名，单击Done按钮导出网格。此时可在Output file栏所示的路径下找到Y-pipe.msh。

3.5.3 三维网格生成——分支管非结构网格划分

1．创建几何模型

1）构建三模图形

在前述Mesh模块时介绍过阀门油水环状流的一个实例，本例U型管为油水环状流流经的另外一种管道结构，进口条件与前述一致，此处不再赘述。选择File→Import Model命令，在弹出的文件选择对话框中，选择名为U-pipe.igs的文件（数字资源ch3文件夹中导入U-pipe.igs文件），在Import Model对话框中单击Apply按钮；单击模型树Geometry，勾选Surface，显示三维图形，如图3-103所示。

2）构建几何拓扑

选择Geometry标签栏，选择Repair Geometry按钮。

在左下角弹出的对话框中选择Build Diagnostic Topology工具按钮，采用默认设置参数，如图3-104所示。单击Apply进行几何拓扑构建，如图3-105所示。

3）创建Part

右击模型树节点Parts，选择菜单Create Part，弹出Create Part对话框，如图3-106所示。

对照图3-105的模型，左边外圆环面设置为速度入口（velocity-inlet1），左边内圆面设置为速度入口（velocity-inlet2），右边整个圆面设置为压力出口（pressure-outlet），管外壁面为WALL，如图3-107所示（创建方式可参见图3-89）。

2．定义网格尺寸

单击Mesh标签栏，选择Part Mesh Setup按钮，在弹出的Part Mesh Setup对话框中进行如图3-108的设置，单击Apply按钮确认操作。

3．生成网格

单击Mesh标签栏，选择Compute Mesh按钮，在弹出的Compute Mesh对话框中选择Volume Mesh按钮，单击Compute按钮生成网格，如图3-109所示。

4．输出网格

在标签栏中选择Output Mesh，单击，保存fbc和atr文件为默认名，在弹出的对话框中单击No按钮，不保存当前项目文件，在随后弹出的窗口中选择之前保存的U-pipe.uns。随后弹出如图3-102所示的对话框，在Grid dimension栏中选择3D，即输出三维网格；可以在Output file栏内修改输出的路径和文件名，单击Done按钮导出网格。此时可在Output file栏所示的路径下找到U-pipe.msh。