王永康
安世亚太仿真业务部
本文基于安世亚太公司自主开发的高级流体前处理软件PERA SIM PreCFD（以下简称PreCFD）对某款新能源汽车控制器进行前处理操作（模型处理、网格划分），最终将网格导入流体求解器中进行计算，验证了PreCFD的网格技术及网格质量。 - PreCFD对新能源汽车控制器的多种网格处理方式；
PreCFD可以导入市面上主流的多种数据格式的CAD模型，如图1所示；将汽车控制器的CAD模型导入后，PreCFD自动根据模型本身的几何特征，形成点、边、面特征，并对不同的面赋予不同的颜色，面的颜色与其名字所显示的颜色完全一致，非常方便用户对模型进行检查；如图2所示。用户可以在模型树下点击勾选以隐藏/显示对应的特征。 PreCFD提供了多样化的前处理工具；对于此控制器的CFD仿真计算而言，需要建立冷板进出口边界，并抽取其内部的流体空间模型，以建立共轭传热数值计算的完整流体模型。点击主菜单的几何面板，设置选择模式为选择边，分别选择进出口边，点击创建面按钮，即可建立边界面模型。 选择控制器冷板的入口面模型，鼠标右键菜单中选择“移动到组”，或者点击主菜单的移动到组命令，在左侧的属性面板中输入新的名称in，点击移动，完成进口边界的建立。同理将另一侧的面模型命名为out，如图4所示。 PreCFD的快速修复功能，用于缝合模型中的容差间隙、查看模型中干涉交叉的面、补洞等修复功能；其识别体功能，用于在几何拓扑关系的基础上自动寻找封闭的体积空间，用于流体网格的划分。先点击快速修复、再点击识别体命令，PreCFD将在步骤2的基础上，抽取控制器内部的流体空间区域，本案例包含封闭机箱内的空气区域及控制器冷板内的水体空间；以Share字符开头的面即为两个体的共享面（方便用户后续在PERA SIM PreCFD求解器中进行边界识别），如图5所示。在模型树下，选择模型的面或者体，点击右键，可以对不同的体、面进行重命名。 在冷板CFD计算中，水体网格质量的好坏与计算结果息息相关；本案例中，对冷板内所有的倒角面进行细化。在模型树下，单独显示冷板的几何体，使用面选择组合命令，选择水体模型的倒角面，如图6所示；然后点击右键或者点击移动到组命令，命名为daojiao，以备后续对倒角面进行网格加密。 PreCFD拥有丰富的网格控制技术，既可以对网格参数进行全局设置，也可以进行局部设置；另外，可以对固体表面附近的流体进行边界层加密，也支持对局部空间进行网格细化。 1）点击全局图标，设置网格的最大尺寸为5毫米，最小尺寸为1毫米；
2）点击局部尺寸图标，选择water，然后选择water-daojiao，设置网格的最大尺寸为2毫米，最小尺寸为1毫米；此设置可以细化倒角面的网格，以使得弧面区域的网格光滑，更加贴体几何模型；
3）对于CFD流体计算而言，为了更好捕捉壁面附近的变量梯度，通常需要对流体空间近。
壁面处划分边界层网格。点击边界层图标，选择water，Ctrl点击多选water-daojiao、water-Share_di_S，设置边界层选项为打开，输入层数为3，第一层层高为0.5毫米，增长率1.2；如图7所示；未被进行特殊设置的模型，其仍然使用全局网格的参数进行网格划分。 点击网格面板下的设置检查，可以通过表格的形式更加直观地查看所有的全局/局部网格、边界层网格参数，如图8所示。
除此之外，PreCFD还可以在划分网格前，对面进行网格预览的功能；选择某面，点击右键，选择划分已选面的网格，可以快速对选择的面进行网格划分显示；如图9所示。 点击体网格划分按钮，如果不勾选多面体，那么PreCFD将使用四面体网格来对模型划分网格；如果勾选多面体，则使用多面体网格来对模型划分网格；默认勾选边界层，如图10所示；网格划分结束后，软件自动隐藏几何模型树下的模型，仅显示网格模型树。划分网格的过程会自动在Message窗口显示出来。 去除模型对应的勾选，可隐藏其网格；图11为划分的四面体网格；图12为划分的多面体网格；图13为水体模型倒角区域的网格分布，可以看出，与其他区域相比，倒角面的网格更加细密。 图14为不同切面的网格分布，在水体模型与固体接触的表面，划分了3层边界层网格，以更好地捕捉固体表面附近不同变量的梯度变化。 另外，PreCFD允许用户对当前的网格进行空间局部加密，点击密度盒，建立需要加密的空间，设置需要加密的网格尺寸，在划分网格时，PreCFD会自动对此空间进行网格细化；如图15所示。 PreCFD具有多种网格质量的检查和评价标准；其可以检查网格正交性、网格扭曲度、网格质量、网格体积、网格距离、网格长宽比等网格质量标准，如图16所示；可以看出，本案例划分的网格完全满足常规通用流体求解器的计算要求。 点击文件——导出，将划分的网格输出，然后使用通用流体求解器读入本案例划分的网格，设置合理的边界条件及物性参数，并对其进行CFD求解计算，计算结果如图16所示。 本文基于安世亚太自主开发的高级流体前处理软件PERA SIM PreCFD，对某新能源汽车控制器的CAD模型进行了模型修复（抽取流场区域、建立边界等）、网格划分，展示了PreCFD丰富多样化的网格设置及控制方式，并对网格进行了不同标准的质量检查，最后将网格读入流体求解器中进行CFD计算，以验证PreCFD的网格质量；可以看出，PreCFD能够为流体散热仿真提供优秀的前处理网格划分，进一步生成高质量的网格模型，从而保证了CFD计算的精度和效率。
