[全文1.5万字] Fluent/Star CCM+关于交界面(Interface)的使用&解析！

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前言

❂_博主首先接触的CFD求解器是Fluent，当时主要用于装载机等设备的动力舱流场仿真_

✦ 在Fluent中，Interface(即交界面)并不是必须存在的；

✦ 两个域（即区域，或称计算域）之间可以采用共节点的方式连接，即两个域在彼此接触的位置，其上的节点保持空间位置上的一致性，并进行节点合并，此时，两个域接触的位置上仅有一个面，在导入Fluent求解器后，该面将自动转化为Interior；

✦ 两个域之间采用共节点的方式连接，是比较推荐的方式；

✦ 两个域之间也可以采用Interface(即交界面)进行连接，即两个域各自生成网格，在两个域接触的位置上，两个域的网格仅仅是面上的重合，节点位置并不需要保持一致，在导入Fluent求解器后，将利用两个域在接触位置上的面来生成Interface(即交界面)，这也是交界面总是成对存在的原因；

❂_我们是否应该使用Interface？

✦ 首先，Interface(即交界面)是有其存在的必要性的；

✦ 对于大多数问题，建议尽量不使用Interface(即交界面)，而是采用共节点的方式；

   _Interface会降低计算效率；

   _Interface会降低计算精度；

✦ 仿真涉及到边界的相对运动(滑移网格、动网格)时，则必须使用Interface；

❂_区分Interface、Interior及Internal？

❆ Interface

✦ 主要用于处理多区域计算模型中不同区域界面间的数据传递；

✦ CFD计算中interface通常是成对出现的，计算结果数据则通过interface进行插值传递；

✦ 使用interface并不要求边界上的点一一对应；

✦ 之前分享的案例中就有用到interface的，有需要可自行查阅；

✦ 是边界类型的一种，是计算域的边界，属于单面边界；

❆ Interior

✦ 值内部面，通常出现在单计算域内，属于双面边界；

✦ CFD计算中流体可以自由通过该边界，可以理解为不存在，多用于CFD后处理中；

❆ Internal

✦ 与Interior同属于内部边界，不同之处在于，当清除网格时，所有的Interior区域会被删除，但是Internal区域会被保留；

✦ 在最终网格传递至求解器后，所有的Internal区域会自动转化为Interior类型；

❆ 注意

✦ 更推荐使用共节点的方式；

✦ 采用共节点的方式，其前处理难度更大，因为需要保持两个域在接触位置上的节点一致性；

✦ 若前处理难度较大，或采用共节点方式导致网格质量不佳时，可采用Interface进行数据交互的方式；

✦ 使用Interface时，两侧的交界面网格应尽可能保持尺寸上的一致性；

❆ 共节点技术分享

✦ 不同的软件有不同的特性，可根据自身需求或条件选择前处理软件；

✦ 若想使两个域在接触位置上共节点，需提前将两侧的几何进行布尔处理，从而保证在重合的位置仅存在一个单独的面；

✦ ANSYS公司的SCDM/DM几何中的共享拓扑技术非常强大，采用四面体网格或多面体网格实现共节点是比较轻松的；

✦ Hypermesh前处理功能强大，自由度高，面网格生成、节点合并等都可以轻而易举的实现，但是其生成的体网格质量往往不佳，经常出现问题，且博主没有找到很好的方式来提升其质量；

✦ 所以博主常采用Hypermesh进行几何处理及面网格的生成，转Fluent Meshing进行体网格的生成；

✦ Fluent Meshing功能强大，其狭缝设置、曲率设置、BOI块加密等都非常实用，体网格自动优化技术也是非常棒，还可以为已生成的体网格添加边界层等；

✦ 但是Fluent Meshing在六面体网格的生成方面缺陷也很明显；

✦ 若采用四面体网格，在Fluent Meshing进行体网格生成后，可再回到Hypermesh进行网格节点合并等操作，若采用多面体网格，则不能再回到Hypermesh，因为Hypermesh不支持此种单元类型；

✦ Hypermesh和Fluent Meshing之间可采用*.msh格式文件进行信息传输；

✦ 值得一提的是，Fluent中也可以进行域之间的节点合并，但是需要一定的前提条件，这个在之前的篇章中已经介绍过了；

✦ 对此存在因为的小伙伴可翻阅先前的篇章，限于篇幅，在此不再赘述了；

❆ 网格拼接技术待学习(写给自己，防止遗忘)

# ICEM CFD中的Merge Volume Mesh功能；

# Fluent Meshing中的Stich/Remesh Overlap Zone功能；

对于Fluent，博主多采用共节点的方式，Fluent中的交界面是否存在分类或者差异等，博主了解不多，以上_

Star CCM+中Interface(即交界面)的使用频率还是比较高的，尤其是采用UG进行前处理，模型以*.x_t格式文件的形式导入到Star CCM+中,在Star CCM+中进行网格的参数设置与生成等，基本上就要用到Interface(即交界面)进行域之间的数据交互；

✦ 可通过左侧结构树-界面-进行交界面的信息查看与设置等；

 ❂_Star CCM+中的交界面可分为以下几类_

❆ 内部交界面/Internal Interface

✦ 最普通的交界面，连接两个区域，使他们发生数据交换；

❆ 多孔挡板交界面/Porous Baffle Interface

✦ 类似于多孔边界；

❆ 完全发展的交界面/Fully-Developed Interface

✦ 用于指定循环周期边界的周期性压降，相当于周期交界面；

❆ 风扇交界面/Fan Interface

✦ 一个简单的风扇模型，它将轴流风扇的压力上升作为局部流速或速度的函数，要求流出方向和流入方向相同；

❆ 挡板交界面/Baffle Interface

✦ 相当于一个无厚度的壁面，最重要的是它能导热；

❆ 混合平面交界面/Mixing-Plane Interface

✦ 是用在多级旋转涡轮机；

❆ 风机交界面/Blower Interface

✦ 用在流出方向和流入方向不同的径向风机；

❂_以上所介绍的交界面均为流体域之间的交界面，涉及到固体域时，流体域与固体域之间的交界面还有接触界面和映射接触界面；

✦ 博主对此了解不多，学习过的一些传热案例，均是需要设置为接触界面；

✦ 关于交界面的生成，可在将部件分配给区域时，根据实际情况选择自动或手动生成；

❆ 注意&解析

✦ 软件汉化后显示的中文名称可能会存在些许差异，注意甄别；

✦ 最常用的就是内部交界面，之前旋转风扇案例用到的就是这种，不同流体域之间用作数据交互；

✦ 风扇交界面的使用可以不再需要风扇的实体模型，而是通过将风扇的PQ曲线数据输入到风扇交界面中，以达到替代风扇作用的目的，最近会出一期关于风扇交界面使用的案例文章，有兴趣的小伙伴可以留意；

▓ Star CCM+提供了几类交界面？

▓ 交界面的类型、拓扑、连接？

▓ 原位交界面拓扑

✦ 在原位拓扑中，组成交界面的两个边界之间的空间没有物理分离；

✦ 此外，不需要两个边界具有相同的周长；

_在压印(用于表面重构)或相交(用于在分析中使用的体网格)后，原始边界会保持其边界类型并保留任何剩余的表面区域(如果有)；

✦ 周期交界面的边界在空间上是物理分离的，但可以通过某些持续的旋转或平移从一个空间映射到另一个空间；

✦ 周期交界面表示边界之间信息的循环重复，以便通过一个边界的通量进行转换并应用于另一个边界；

✦ 要定义周期交界面，需要将一个边界设定为与周期匹配转换后的边界重合；

✦ 图A和图B分别表示用于以平移和旋转方式重复的几何的周期交界面的示例；

_图A显示通过使用一段较短的管道并在两个端点之间应用周期交界面来对无限长的管道建模；

_绿色虚线和黑色虚线表示周期交界面边界对的位置；

_对于每个边界对，边界的形状和大小完全匹配，它们由给定的矢量或角度分开；

✦ Star CCM+会自动计算平移矢量或旋转角度，它们是交界面周期转换节点的属性；

✦ 将周期交界面与表面重构、四面体、多面体或薄体网格生成器结合使用时，网格生成器将在交界面的每边生成共形网格；

❆ 注意

_仅简要介绍，详细信息可参考帮助文档-主页-预处理-定义区域布局-交界面概述-周期交界面拓扑_

❂_可使用下列属性调整内部交界面节点的指定_

❂_可使用下列属性调整内部交界面节点的指定_

✦ 接触交界面接合同一或不同连续体的两个固体区域，或接合固体区域和流体区域；

✦ 接触交界面类型用于允许区域之间的共轭传热；

✦ 接触交界面还可用于指定气体和介电(非导电)材料之间的交界面处的表面电荷；

❆ 接触交界面属性

❂_可使用下列属性调整接触交界面节点的指定_

■ 能量原选项

_无/热通量/热源

■ 表面电荷选项

_无/表面电荷密度

■ 外部负载

_力/压力/拉力

■ 机械相互作用

_无摩擦小滑动/粘接

■ 热指定

_共轭传热/指定温度

■ 相交

■ 接触热阻

■ 热通量

■ 热量

■ 静态温度

■ 表面电荷密度

▓ 调整交界面相交容差

_仅简要介绍，详细信息可参考帮助文档-主页-预处理-定义区域布局-交界面概述-调整交界面相交容差_