“杂事有点多！”流体仿真要如何与 SCDM 软件完美结合

本文摘要（由AI生成）：

本文主要介绍了基于SCDM软件的CFD前处理工作流程，包括读入模型、处理模型、流体区域、仿真完善、输出几何等五个部分。其中，仿真完善部分包括几何命名、几何参数化、多体分割、体间缝隙/干涉、共享拓扑等五个步骤。几何命名可以通过SCDM软件中的强大选择功能快速高效地完成，但命名不是从几何直接传递给求解器的，中间可能会有一定的误差。几何参数化虽然可以实现多工况自动计算，但由于流体仿真对于网格的要求很高，因此基于几何参数化的自动网格生成通常被认为是“不靠谱”的。多体分割可以将不同的体在CFD求解器中区分开，而体间缝隙/干涉问题则需要更多的高级功能和软件之间的配合来解决。共享拓扑可以提供简单快捷的多体网格共节点方式，但需要完成压印和网格共节点两个步骤。

ANSYS SpaceClaim Direct Modeler（简称 SCDM）是基于直接建模思想的新一代3D建模和几何处理软件。SCDM可以显著地缩短产品设计周期，大幅提升CAE分析的模型处理质量和效率，为用户带来全新的产品设计体验。

通常，我们可以将基于SCDM软件的CFD前处理工作，简单的分为5个部分：

★  读入模型

★  处理模型

★  流体区域

★  仿真完善

★  输出几何

（四）仿真完善

获取流体区域之后，我们通常还需要做一些额外的操作；当然这些操作的目的各不一致，因此难以统一到一个单独的类别之中，我们就简单的称之为仿真完善。

当我们的仿真仅仅涉及到单体的流体分析（不含多孔介质，不含源项等）时，仿真完善的步骤通常可以跳过（最多包含命名）。

当需要考虑多个实体的流体区域，或者流固耦合换热的问题时，就还需要进行多个步骤的仿真完善相关工作。

仿真完善大致需要处理一下几个步骤：

●  几何命名

●  几何参数化

●  多体分割

●  体间缝隙/干涉

●  共享拓扑

1. 几何命名

CFD仿真中的边界（boundary）和体域（cell zone）通常是在前处理阶段就确认好的，确认位置的方式是通过命名来实现的；对于三维的仿真问题，体域（cell zone）是对实体进行命名，边界（boundary）是对实体上的面进行命名。

当然，我们也可以考虑在画网格的软件中进行几何命名，也是可以达到同样的目的。

在SCDM中进行命名有以下的优势和缺点：

优势：具备有强大的选择功能，可以快速高效选取希望命名的实体/面，提高工作效率。

缺点：命名不是从几何（而是网格）直接传递给求解器的，因此中间可能会有一定的误差。

需要注意的是：对于初学者，假如使用Workbench Meshing进行网格划分，那么命名在两个软件中通常都可以顺利完成；对于使用Fluent Meshing划分网格的中高级流体工程师而言，建议用SCDM命名，可以极大的提高工作效率。

SCDM进行命名的方法非常简单，只要鼠标在选择状态下，在图形界面中（或结构树中）选取了一个或多个对象（包括点/线/面/实体等），就可以在创建组的标签栏中进行命名。

CFD仿真的命名没有任何的格式要求，工程师自己可以识别即可；当然，建议使用纯英文字符进行命名，否则到求解器中可能会产生乱码。

2. 几何参数化

SCDM软件是支持参数化建模的，可以针对任意导入的CAD几何进行参数化设置；同时SCDM中的参数化设置可以集成在Workbench中，作为整个的CFD工作流程的输入参数。

当然，对于几何参数化的相关功能，我本人是并不推荐大家使用的，原因如下：

① CAE仿真参数化的目的，大多数是为了实现多工况自动计算；而流体仿真的单个案例，通常会持续较长时间，大多数处在十几个小时到几十个小时不等。对于这种“长“周期的仿真工程，显然自动化能够带来的工作量减小是微乎其微的，通常认为是可以忽略的。

② 流体仿真对于网格的要求很高，而几何尺寸改变后的自动体网格划分，网格质量往往无法有效控制，以至于难以满足流体仿真的需求。因此，基于几何参数化的自动网格生成通常被认为是“不靠谱“的。

③ 部分流体求解器的参数也和几何尺寸与网格息息相关，因此参数化流程可能会导致多工况中的部分问题求解发散。

在大多数行业中，流体工程师的大部分工作都是在手动调整网格和测试求解器参数，因此基于几何尺寸的参数化工作往往被认为是不高效、不靠谱的，这也是流体仿真模板较少的主要原因。

3. 多体分割

当我们希望不同的体在CFD求解器中具备不同的特点（比如多孔介质、不同材料的固体）时，就必须在几何的环节把他们区分开；否则上在后面的流程中（如网格、求解等）就很难再把他们分开。

结构树中的多个体可以命成一个名字，这样，他们就会在求解器中被当成单独的cell zone对待。

4. 体间缝隙/干涉

既然是仿真区域存在多个体，那么他们之间就不可避免的会存在问题，常见的体间问题包含干涉和缝隙。对于干涉问题，SCDM提供自动探测干涉区域并修复的功能，可以高效的处理多体间的错误；但对于缝隙问题，难度就很大了，SCDM中仅提供平面间的缝隙检测（基于实体）工具，当多个体相邻的曲面间存在缝隙时，这是十分让人头疼的问题，可能需要更多的高级功能和软件之间的配合来解决，限于篇幅，本文暂不做过多介绍。

5. 共享拓扑

流体仿真中，多个实体之间存在公共面，如果没有网格的相对运动，则推荐使用共节点网格。共节点网格的优势如下：

★  更少的计算时间

★  更高的数值精度

SCDM提供简单快捷的多体网格共节点方式“共享拓扑”，只需要在多个体的结构树组件中选择共享即可。

共享拓扑的实际工作步骤包含两个方面：

★  压印

★  网格共节点