案例分享丨燃烧室PERA SIM PreCFD高级CFD网格划分方法
袁兰峰
西安结构开发工程师
燃烧室是航空发动机核心部件之一，它可把燃料中的化学能通过燃烧转换为热能，使气体温度升高，总焓加大，以便提高燃气在涡轮和尾喷口中膨胀做功的能力。它的工作性能优劣直接影响发动机工作与飞机的飞行性能。
为了满足航空发动机对高温升、高热容燃烧室的点火与稳定燃烧范围、出口温度分布系数、耗油率、火焰筒冷却以及污染物与噪音排放等日益苛刻的要求，发展新的燃烧室设计技术，为先进航空发动机设计与研制提供有力的技术支持，是当前面临的一项十分重要的任务。因此发展燃烧室数值分析技术，这对深入了解燃烧室内各工作过程、指导与优化燃烧室设计是至关重要，
网格划分作为数值仿真的基础十分重要，网格质量的好坏直接决定了仿真计算结果的准确性，本文以燃烧室模型为例，详细介绍安世亚太自主开发的CFD前处理软件PERA SIM PreCFD网格划分流程。
1. 几何模型导入
PERA SIM PreCFD的前处理接口可以导入多种CAD模型，本案例导入的是x_t格式的几何文件。
图1- 1导入模型的文件格式
导入的几何文件是由一个固体零件组成的燃烧室模型，如图所示。几何在导入过程中会自动进行检查，当前在目录树中geometry节点下显示仅有double edges，没有single edges，说明当前的零件几何是封闭的实体。
图1- 2几何显示
2. 几何修复
PERA SIM PreCFD前处理模块提供了多种工具可以对几何模型进行修复。本案例中导入的几何模型发现在其腹部存在两个多余的面，选择Geometry-Quick Repair在左下方的属性栏中设置Stich参数，点击Repair，程序自动根据容差进行模型修复，修复后的模型如下图所示。
图2- 1模型修复
3. 抽取体
图2- 2体抽取工具
图2- 3抽取体
可以看到在目录树中geometry节点下，封闭的体积空间被命名为solid_1_S，若需要修改该名称，可先选中该名称，右键单击，选择Rename进行重命名。
图2- 4体名称的重新命名
4. 边界命名
2.4边界命名
点击工具栏中的选择面工具，按住ctrl依次选择需要命名的边界面，右键单击，在弹出的对话框中选择Move to Group，在页面左下方的属性栏中定义边界面的名称，点击Move，边界即被定义。
图2- 5定义边界名称
在本案例中通过上述方法，定义了inlet、outlet、wall、wall2四个边界名称。
图2-6边界名称显示
5. 网格划分
5.1全局网格参数设置
边界名称完成后，切换到mesh页面下，点击下方的Global选项，设置最大最小尺寸。
针对本案例中模型的具体尺寸，设置整体网格尺寸的最大值为0.002m，最小值为0.001m，并依据曲面的曲率角自动进行加密。激活边界层网格的划分，设置近壁面第一层网格高度为0.005m，各层之间的增长因子为1.2，一共4层边界层网格。
图2- 7全局网格设置
图2- 8参数设置
5.2局部网格参数设置
点击mesh页面下的Local Size选项，开始对网格参数进行局部设置。在Local Size Setting属性栏中对选中inlet边界，对其进行单独加密处理，定义最大面尺寸为0.002m，最小面尺寸为0.001m，增长率为1.2，法向曲率角为20度，参数设置完成后点击apply。
图2- 9局部网格参数设置
5.3网格划分
在mesh页面下，勾选Polyhedron，点击Volume Mesh选项下的Based on Geometry，程序自动根据设置的全局及局部变量进行网格的划分。
图2- 10网格划分
最终形成的网格如下图所示：
图2- 11网格展示
6. 网格质量检查
体网格划分完成后，可以通过局部缩放或切片等功能对体网格进行查看。
图2- 12网格截面
PERA SIM PreCFD前处理模块具有多种网格质量的检查和评价标准，包括网格的体积、长宽比、正交质量、扭曲度等。下图展示了当前体网格的正交质量标准，可以看到最低的网格质量大于0.05，满足流体求解器的计算要求。
图2- 13网格质量检查
通过PERA SIM PreCFD输出的msh文件导入Fluent后可自动识别边界名称。
图2- 14网格导入fluent
通过本案例展示的使用PERA SIM PreCFD对燃烧室模型网格划分的详细操作流程，可以看出PERA SIM PreCFD既可以对CAD模型进行修复处理，也具有优秀的网格划分控制功能，能够生成多种类型的体网格并对网格质量进行检查，最终生成满足各种流体求解器的高质量网格。
