基于区域的网格化多区域热交换器

本文说明了在STAR-CCM  中处理多区域时如何使用面网格和体网格生成工具。

从 Parasolid Transmit 几何开始构建含有棱柱层的多区域多面体网格 （从 CAD 软件包导出）。定义适当的边界，为每个区域创建网格，并在区域之间的交界面处创建共形网格。

拟被网格化的热交换器装配包含多个流体通道，这些通道由两个端室连接，其中一端室被分割，藉此强制流体在系统中循环。流域被包含在一个实体圆柱体内，圆柱体是空心的。两个单独的体包含在单一Parasolid Transmit 文件内。这些是几何的流体和实体零部件。

热交换器几何如下图所示。该容器是对称的，因此仅导入和网格化半个几何。

导入面网格

l文件如下，以面网格格式导入：

   链接：https://pan.baidu.com/s/1zsqUTThnPC-f1eoJcIvJfg

提取码：46ik

l将模拟另存为 heatExchanger.sim。

定义区域名称和类型

在导入过程中，Parasolid Transmit 文件几何被转换为三角化表面表示，其中包含两个区域，每个区域一个边界表面。根据提供的角度为每个区域增加了特征线。

通过使用以上组合，导入过程产生了两个完全不同且相互分离的区域，没有任何共享表面。

查看导入过程中创建的区域。

1.展开区域节点。

在导入过程中创建了两个区域，它们是体 1 和体 2。

2. 将体 1 节点重命名为流体。

3. 将体 2 节点重命名为实体。

4. 选择实体节点，并将类型设置为实体区域。

定义边界

确定流体、对称和交界面边界，以便可以为它们分别生成适当的网格。

CAD 导入结果是每个区域一个边界。用以区分各个边界表面的 CAD 信息被存储为块。使用块信息可以将边界表面分割为构成边界。

抽取流体边界

分割流体区域边界。

1.展开区域 > 流体 > 边界节点。

2.右键单击边界 1 节点，然后选择通过块进行分割。

3.出现根据块分割边界对话框。系统根据其块定义，为属于流体区域的表面涂上颜色。所有其他表面是半透明的：

可使用根据块分割边界对话框选择一个或多个块，然后从原始边界创 建边界。通过单击适当的面直接在模型上选择块；相应的块编号在对 话框中突出显示。

为流体区域创建下列边界：

4.在根据块分割边界对话框中，选择块编号 12。

相关的边界在模型中突出显示。

4. 将边界名称设置为进口，然后单击创建。

新抽取的边界块被从列表中删除，模型中不再显示。

5.重复以上过程以创建下列边界：

6.在根据块分割边界对话框中，单击关闭。

进口、出口和对称节点出现在流体 > 边界节点下方。流体区域的原始边界（边界 1）现在由只属于流体区域和实体区域之间的交界面的表面组成。这种将所有表面纳入同一边界的方法使得以后的交界面定义更容易。

重命名和设置流体边界类型

为每个边界设置适当的边界类型。

1. 展开区域 > 流体 > 边界节点。

2.将边界 1 节点重命名为交界面。

3.设置下列属性：

抽取实体边界

使用“通过块进行分割”方法抽取实体边界。

1. 右键单击区域 > 实体 > 边界 > 边界 1 节点，然后选择通过块进行分割。

出现根据块分割边界对话框。系统根据其块定义，为属于实体区域的表面涂上颜色。所有其他表面是半透明的，如下图所示：

2. 在根据块分割边界对话框中，为实体区域创建下列边界：

边界块被从列表中删除，模型中不再显示。圆柱体外壁面、对称和圆 柱体内壁面节点出现在实体 > 边界节点的下方。实体区域的原始边界 （边界 1）现在由只属于实体区域和流体区域之间的交界面的表面组 成。

重命名和设置实体边界类型

为每个边界设置适当的边界类型。

1. 展开区域 > 实体 > 边界节点。

2. 将边界 1 节点重命名为交界面。

3. 设置下列属性：

定义交界面

两个区域需要一个原位界面来连接，这样，在面网格和体网格生成过程中 才能在共同交界平面上生成共形网格。在本例中，如果没有创建交界面， 那么面网格化和体网格化将无法 正确执行，原因是近邻边界的紧密接近。

1. 同时选择下列节点：

• 区域 > 流体 > 边界 > 交界面

• 区域 > 实体 > 边界 > 交界面

2. 右键单击其中一个选定节点，然后选择创建交界面。三个交界面节点出现在模拟树中：

• 区域 > 流体 > 边界 > 交界面 [交界面 1]

• 区域 > 实体 > 边界 > 交界面 [交界面 1]

• 交界面 > 交界面 1

前两个节点组成流体区域和实体区域之间的原位内部边界交界面的两个半部分。

选择网格化模型

选择表面重构、多面体网格生成器和棱柱层网格生成器。

1. 右键单击连续体 > 网格 1 > 模型节点，然后选择选择网格化模型。

2. 在网格 1 模型选择对话框中，选择下列模型：

这些模型的默认属性适合此模拟。

设置参考值

设置参考值以生成网格。

在本例中，对棱柱层厚度和表面尺寸值指定了绝对尺寸。虽然模型尺寸以 米为单位（在导入 Parasolid Transmit 文件过程中自动设置），但可以使 用任何单位为网格生成器指定输入。

增加表面接近的间隙值中的点数值，可在管路和圆柱体内表面附近获得更 高的表面三角划分密度，而这会相应地增大体网格单元的密度。

1. 展开连续体 > 网格 1 > 参考值节点。

2. 设置下列属性：

在交界面上增加棱柱层

在流体区域和实体区域之间生成原位交界面后，将会在模拟树中的交界面节点中创建一个节点。此节点可控制交界面任一侧的网格条件。

默认条件下，在交界面任一侧增加棱柱层选项被设置为“关闭”。在本例中，仅需要流体侧的棱柱层，原因是不必为实体材料区域添加棱柱层。为实现此目的，激活交界面的棱柱层生成选项，但针对实体，禁用区域级棱柱层生成。

1. 展开交界面 > 交界面 1 > 网格条件节点。

2. 选择界面棱柱层选项节点，激活从界面增长棱柱体。

激活此选项表示从交界面两侧均生成棱柱层。

设置区域网格选项

激活或禁用棱柱层生成选项的控制范围是区域。

要禁用实体区域的棱柱层：

1. 展开区域 > 实体 > 网格条件节点。

2. 选择自定义棱柱体网格节点，然后将自定义棱柱体网格设置为禁用。

至此已禁用实体区域中边界的棱柱层生成。但如果决定为属于此区域的边界指定自定义值，则会覆盖区域级指定。在本例中不需要这样做。

运行表面重构

由于同时选择了表面重构和体网格生成器模型，所以接下来可同时生成两种网格。但出于培训目的，在本教程中，首先要生成表面重构网格并进行查看，然后再生成体网格。

1. 要生成表面重构网格，可使用下列两种方法之一：

• 在网格生成工具栏中，单击（生成面网格)，或

• 选择网格 > 生成面网格。

“输出”窗口中显示表面重构的输出，状态栏中显示状态。当过程完成后，“输出”窗口中显示消息：Surface Meshing Pipeline Completed。

要查看重构表面表示：

2. 展开场景节点。

3. 右键单击几何场景 1 节点，然后选择应用表示 > 重构表面。

场景随之更新，显示热交换器单元几何的三角化表面。

可以在几何的弯曲零部件（即管路）上看到基于表面曲率和接近的细化。要查看重构表面的属性，可单击“表示”节点中适当的节点。

运行多面体网格生成器

运行多面体网格生成器和棱柱层体网格生成器。

1. 要运行多面体网格生成器和棱柱层网格生成器，可使用下列两种方法之一：

• 在网格生成工具栏中，单击（生成体网格），或

• 选择网格 > 生成体网格。

像以前一样，输出窗口中显示网格生成器的输出，状态栏中显示当前状态。当过程完成后，输出窗口中显示消息：Volume meshing Pipeline Completed。通过向上滚动输出窗口，可看到核心和棱柱层网格的生成过程的总结。

要查看体网格表示：

2. 展开场景节点。

3. 右键单击几何场景 1 节点，然后选择应用表示 > 体网格。

场景随之更新，显示为流体区域生成的含有近壁棱柱层的多面体网格：

以下是进气室附近的网格的细节图：

要查看流体体网格的属性（包含流体区域中网格单元的数量）：

4. 展开表示 > 体网格 > 有限体积区域节点。

5. 选择流体节点。

同样的，要查看实体体网格的属性：

6. 选择实体节点。

网格单元、内部面和节点各项属性的确切值可能与上述不同，具体值 取决于机器精度。