ANSYS ICEM网格划分中有洞问题的分析

　　在进行数值求解流体动力学问题时,理论上对于一个给定的物理模型,在完成正确的实体造型后,只需进行简单的操作,便可以生成所需要的网格[1-3].但事实并非如此,多数进行流场数值模拟的初始计算者在对较复杂形状过流通道划分网格时,常常会遇到/有洞0的困扰,给数值模拟的顺利进行带来了一定困扰和麻烦.

　　鉴于上述情况,本文通过实例对造成网格划分时易出现/有洞0问题的原因进行剖析,并对两基点法创建体进行重点研究,探索出解决叶片式流体机械CFD数值模拟中的网格划分时易出现/有洞0问题的方法.

　　1 网格划分的基本概念

　　1.1 网格生成

　　从概念上网格可以这样生成:给定对应物理域边界坐标的E、G值,然后通过边界点连接2组坐标线,交叉构成内部节点.从某种意义上网格生成是一个边值问题:给定域R的边界5R上的值E=Eb(x,y),G=Gb(x,y),然后求内点的E=E(x,y),G=G(x,y)值,以物理(一般为直角坐标)坐标(x,y)为自变量,曲线坐标(E,G)为因变量.

　　1.2 创建体

　　ANSYS ICEM CFD是基于有限体积法进行网格划分的[4-5].为便于理解,本文把封闭的过流通道称为空腔.在ICEM中有流体经过的区域是通过创建合适的体来表示的,它是由实体模型组成的封闭空腔.在同一个模型中,各部分流体运动情况是不同的,所以需要创建不同的体.如水轮机中的转轮、主轴是绕轴线旋转的,为动体;引水部分及尾水部分为静止不动的,则设为静体.

　　1.3 正确的网格显示

　　ANSYS ICEM CFD软件在正确划分出符合要求的贴体坐标网格后[6-8],造型中的实体部分显示是空的,而只显示该部分实体与流体接触的面网格(此时,关闭体网格显示功能则面网格显示更清楚).例如:导叶在造型时为实体,在网格划分后的模型中显示是空的,如图1所示.它可以用来检查所划分的网格是否符合计算域的要求.

　　2 网格生成实例剖析及应用

　　本文实例模型为自行设计的HL120水轮机,并在Pro/E中进行实体造型,其三维造型的总体效果如图2所示.

　　2.1 有洞现象综述

　　在Pro/E中将上面完成的实体造型保存为wanzheng.step文件,并将该文件导入ANSYS ICEMCFD中,各部分创建面的情况是:进口面、蜗壳面、座环面、活动导叶面、固定导叶面、上冠面、下环面、叶片面、尾水管面及出口面,并在动静结合处建立了两个耦合面.用两基点法创建3个体,如图1所示.创建体1(BODY1)所选的用于产生质心点的两个基点的位置在蜗壳进口处;创建体3的两个基点选在尾水管出口处;创建体2的两个基点分别取在上冠和下环上,由这两个基点生成的质心点的位置在上冠的上侧.用适用性强的Tetra/mixed网格类型划分网格[9],其结果弹出有洞提示对话框.