Star CCM+网格生成案例—多零部件热交换器

❖ 关键词_

# 网格生成

# 案例：多零部件热交换器

# Star CCM+

本篇章结合案例-多零部件热交换器网格生成，简要介绍Star CCM+的自动网格生成流程_

❂_注意：

✦ 本案例模型来源网络，已置于篇尾分享链接中；

✦ 可能会存在理解错误或不足等问题；

✦ 欢迎指正交流_

▓ 模型介绍

❆ 该案例为一个多零部件的热交换器，该模型中的流体域包含多条通道，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；

❆ 流体域被包含在一个实体圆柱内，但圆柱体的最中心是空心的；

❆ 本篇章只针对该案例的网格生成部分进行讲述，不涉及求解计算等，要求同时保留流体域和固体域；

✦ 如果我们的目的是了解流体的流动状态等，那一般只需要保留气体域或液体域即可，固体域可以直接删除；

✦ 但是如果涉及到换热等情况需要考虑固体域时，则需要保留固体域；

▓ 模型导入

✦ 打开Star CCM+，新建模拟，通过File_Import_Import Surface Mesh_导入该模型_

✦ 可以在结构树中看到表示两个域的几何信息；

✦ 模型文件为“hx_unit_asm.x_t”，已置于篇尾分享链接；

✦ 可通过Scenes(场景)查看该模型；

▓ 定义零部件表面

✦ 将“hx_unit_asm1”重命名为流体；

✦ 通过右键_Spit by patch_将face进行拆分并命名；

✦ Star CCM+支持中文命名；

✦ 将“hx_unit_asm2”重命名为固体；

✦ 通过右键_Spit by patch_将face进行拆分并命名；

✦ Star CCM+支持中文命名；

▓ 将零部件分配给区域

✦ 选中结构树_Parts中的固体和液体，通过右键_Assign Parts to Regions_将部件赋予区域_

✦ Creat a Region for Each Part_即为每个部件创建各自的区域；

✦ Creat a Boundary for Each Part Surface_即为每个部件面创建边界；

✦ 关于Interface的创建设置，建议新手选择Do Not Create Interfaces From Contacts(即不通过接触创建Interfaces)，之后采用手动设置Interfaces的方式来完成，采用自动创建如果出错，新手很难觉察问题所在，但本案例接触比较简单，也可保持默认设置Creat Boundary-mode Interfaces From Contacts(即通过接触自动创建边界式交界面)来自动创建Interface；

✦ 同时选中需要创建Interface的两个区域所对应的交界面，鼠标右键_Creat Interface_即可完成Interface的手动创建；

✦ 自动创建的Boundary-mode Interfaces(边界式交界面)与手动创建的Interfaces是一致的，但这种Interface也有不同的类型，可在左侧结构树进行相应的查看与设置，Interface的类型与差异后续有机会再行分享；

✦ 此外，关于Interface创建设置的选项还有一个Creat Contact-mode Interfaces From Contacts(即通过接触自动创建接触式交界面)，博主对这个了解不多，查阅了一下相关资料，也没有找到很清晰的表述，就不多赘述了，以后有机会再行分享；

▓ 定义区域和边界类型

✦ 设置固体域的类型为Solid Region(固体区域)；

✦ 设置流体域的类型为Fluid Region(流体区域)；

✦ 设置固体区域的“对称面”的边界类型为Symmetry Plane；

✦ 设置流体区域的“入口”的边界类型为Velocity Inlet；

✦ 设置流体区域的“出口”的边界类型为Pressure Outlet；

✦ 设置流体区域的“对称面”的边界类型为Symmetry Plane；

▓ 选择网格生成器

✦ 需要为流体域和固体域创建一个自动网格操作；

✦ 使用表面重构创建面网格；

✦ 使用多面体网格生成器和棱柱层网格生成器生成体网格；

✦ 通过左侧结构树_Geometry_Operations_右键_New_Mesh_Automated Mesh_打开选项卡后勾选需要网格生成的Part，并勾选所需要的网格生成器；

✦ Surface Remesher_表面重构；

✦ Polyhedral Mesher_多面体网格生成器；

✦ Prism Layer Mesher_棱柱层网格生成器；

✦ 此外还有很多其他的网格生成器，其使用跟我们需要的目标网格等都有关系，以后有机会再行解析；

✦ Automated Mesh(自动网格)只是Star CCM+网格生成的方法之一，算是最常用且适用范围极广的一种吧；

✦ 此外，还有体积拉伸网格生成器、定向网格等；

✦ 很多软件都有网格生成的功能，但其所支持的网格类型等却又有所区别，网格生成的方法或描述等也不尽相同，在此便不多赘述了；

▓ 设置默认网格控制 

✦ 对结构树_Operations_Automated Mesh_Default Controls下的网格控制参数进行设置；

✦ 部分设置一般保持默认即可，博主便依据经验仅对可能需要变动的以下参数进行讲解；

✦ Base Size_基础尺寸，可点击右侧的三个点进行选项卡的展开并进行单位切换；

✦ Target Surface Size_表面目标尺寸，可采用对基础尺寸的百分数和绝对值两种方式来表达，推荐采用百分数，一般100%，与基础尺寸保持一致；

✦ Minimum Surface Size_最小表面尺寸；

✦ Surface Curvature_表面曲率，一般保持默认即可，有特殊曲率要求时可自行更改；

✦ Surface Proximity_表面距离，一般保持默认即可；

✦ Surface Growth Rate_表面生长率，可依据实际情况自行设置，推荐数值1.1~1.3；

✦ Number of Prism Layers_棱柱层(边界层)层数，与很多因素有关，新手可以设置3~5层；

✦ Prism Layer Stretching_棱柱层延伸，博主的理解是棱柱层厚度的增长率，新手保持默认即可；

✦ Prism Layer Total Thickness_棱柱层总厚度，与很多因素有关，涉及到边界层与近壁面处理策略等，新手建议基础尺寸的10%~35%即可；

✦ Volume Growth Rate_体网格增长率，推荐数值1.1~1.3；

✦ Maximum Cell Size_最大网格尺寸，可依据实际情况而定；

✦ Core Mesh Optimization_核心网格优化，一般保持默认即可；

✦ Post Mesh Optimization_后网格优化，一般保持默认即可；

❆ 本案例博主设置参数如下：

✦ Base Size_10mm；

✦ Target Surface Size_Relative to base_100；

✦ Minimum Surface Size_Relative to base_30；

✦ Surface Growth Rate_1.1；

✦ Number of Prism Layers_5；

✦ Prism Layer Stretching_1.2；

✦ Prism Layer Total Thickness_Relative to base_20；

✦ Volume Growth Rate_1.2；

✦ Maximum Cell Size_Relative to base_300；

✦ 其他保持默认；

✦ 参数设置依据个人需求及喜好即可；

▓ 设置自定义网格控制 

❆ 默认网格控制设置完成后，便可以进行表面网格及体网格的生成了，但如果你有额外的需求，则需要增加自定义网格控制_

✦ 自定义网格控制的优先级或权限高于默认网格控制，可以理解为两者发生冲突时，会以自定义网格控制为准；

✦ 本案例中，我们在默认设置里设置了棱柱层的相关设置，我们实际上仅希望在流体域中生成棱柱层网格(即边界层)，固体域中不需要生成，则我们可以新增一个自定义控制来约束固体域不生成棱柱层网格；

✦ 通过左侧结构树_Geometry_Operations_Custom Controls_右键_New_Surface Control_新增一个自定义控制作用在表面上_

✦ 展开后，可点击该控制进行重命名，快捷键F2；

✦ 可在下方选项卡_Part Surfaces处选择该控制需要作用的面；

✦ 本案例中，添加该控制的目的在于使固体域不生成棱柱边界层，即需要选择固体区域的所有面；

✦ 在Control中进行相应的自定义设置，不需要改动的项保持默认即可_

✦ Parents(父系)即保持默认网格控制；

✦ Custom(自定义)可进行参数的自定义修改；

✦Disable(禁用)即表示该项被禁用；

✦ 本案例中，将Prism Layers项改成Disable(禁用)即可，即固体域所有的面都不进行棱柱层网格的生成；

❆ 自定义网格控制常用于以下场景_

✦ 禁止部分区域棱柱层网格的生成；

✦ 部分位置棱柱层网格采用额外的设置；

✦ 对部分区域或表面进行特殊的网格尺寸控制；

▓ 网格生成

❆ 通过菜单栏_Mesh或工具栏图标依次进行面网格生成及体网格生成_

✦ Generate Surface Mesh_生成面网格；

✦ GenerateVolume Mesh_生成体网格；

✦ 注意查看状态栏及输出窗口的生成进度；

▓ Scenes/场景查看

✦ 可通过结构树_Scenes_右键-New Scenes可创建不同类型的Scenes(场景)；

✦ 选中对应的Scenes即场景_右键_Apply Representation_可变更所需要显示的场景；

✦ 请确保已显示网格边缘线，否则看起来可能并无变化；

✦ 展开后可以在Parts的属性栏中进行选择或取消想要展示的部件；