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关于Interface(交界面)的分类,使用?

5月前浏览13909

摘要

本文深入探讨了CFD仿真分析中交界面的概念、类型及在Fluent和Star CCM+两种CFD求解器中的应用。Fluent推荐使用共节点方式连接区域,其交界面类型包括Interface、Interior和Internal;而Star CCM+则更频繁使用交界面,类型丰富,涉及不同数据交互场景。文章还对比了共节点技术和网格拼接技术,并推荐合适的前处理软件及其信息传输方法。本文为CFD仿真中交界面的应用提供了全面指导。


正文

01


         

前言


         

         


❖ 关键词

# 交界面

# Star CCM+

# Fluent

# Interface

# Interior

Internal

在CFD仿真分析中,常用Interface(即交界面)来进行两个区域间的数据交互,究竟什么是Interface(即交界面),它又有几种类型呢?不同软件中的交界面又存在怎样的区别和联系呢?

本篇章就针对Interface(即交界面)进行简易介绍,主要内容如下_

▓ Fluent中的交界面

▓ Star CCM+中的交界面


     

02


           

Fluent中的交界面


           

           



❂_博主首先接触的CFD求解器是Fluent,当时主要用于装载机等设备的动力舱流场仿真_

 在Fluent中,Interface(即交界面)并不是必须存在的;

✦ 两个域(即区域,或称计算域)之间可以采用共节点的方式连接,即两个域在彼此接触的位置,其上的节点保持空间位置上的一致性,并进行节点合并,此时,两个域接触的位置上仅有一个面,在导入Fluent求解器后,该面将自动转化为Interior;

✦ 两个域之间采用共节点的方式连接,是比较推荐的方式;

✦ 两个域之间也可以采用Interface(即交界面)进行连接,即两个域各自生成网格,在两个域接触的位置上,两个域的网格仅仅是面上的重合,节点位置并不需要保持一致,在导入Fluent求解器后,将利用两个域在接触位置上的面来生成Interface(即交界面),这也是交界面总是成对存在的原因;

❂_我们是否应该使用Interface?

✦ 首先,Interface(即交界面)是有其存在的必要性的;

✦ 对于大多数问题,建议尽量不使用Interface(即交界面),而是采用共节点的方式;

   _Interface会降低计算效率;

   _Interface会降低计算精度;

✦ 仿真涉及到边界的相对运动(滑移网格、动网格)时,则必须使用Interface;

❂_区分Interface、Interior及Internal?

❆ Interface

✦ 主要用于处理多区域计算模型中不同区域界面间的数据传递;

✦ CFD计算中interface通常是成对出现的,计算结果数据则通过interface进行插值传递;

✦ 使用interface并不要求边界上的点一一对应;

✦ 之前分享的案例中就有用到interface的,有需要可自行查阅;

✦ 是边界类型的一种,是计算域的边界,属于单面边界;

❆ Interior

✦ 值内部面,通常出现在单计算域内,属于双面边界;

✦ CFD计算中流体可以自由通过该边界,可以理解为不存在,多用于CFD后处理中;

❆ Internal

✦ 与Interior同属于内部边界,不同之处在于,当清除网格时,所有的Interior区域会被删除,但是Internal区域会被保留;

✦ 在最终网格传递至求解器后,所有的Internal区域会自动转化为Interior类型;

❆ 注意

更推荐使用共节点的方式;

采用共节点的方式,其前处理难度更大,因为需要保持两个域在接触位置上的节点一致性;

若前处理难度较大,或采用共节点方式导致网格质量不佳时,可采用Interface进行数据交互的方式;

使Interface时,两侧的交界面网格应尽可能保持尺寸上的一致性;

❆ 共节点技术分享

✦ 不同的软件有不同的特性,可根据自身需求或条件选择前处理软件;

✦ 若想使两个域在接触位置上共节点,需提前将两侧的几何进行布尔处理,从而保证在重合的位置仅存在一个单独的面;

✦ ANSYS公司的SCDM/DM几何中的共享拓扑技术非常强大,采用四面体网格或多面体网格实现共节点是比较轻松的;

✦ Hypermesh前处理功能强大,自由度高,面网格生成、节点合并等都可以轻而易举的实现,但是其生成的体网格质量往往不佳,经常出现问题,且博主没有找到很好的方式来提升其质量;

✦ 所以博主常采用Hypermesh进行几何处理及面网格的生成,转Fluent Meshing进行体网格的生成;

✦ Fluent Meshing功能强大,其狭缝设置、曲率设置、BOI块加密等都非常实用,体网格自动优化技术也是非常棒,还可以为已生成的体网格添加边界层等;

但是Fluent Meshing在六面体网格的生成方面缺陷也很明显;

✦ 若采用四面体网格,在Fluent Meshing进行体网格生成后,可再回到Hypermesh进行网格节点合并等操作,若采用多面体网格,则不能再回到Hypermesh,因为Hypermesh不支持此种单元类型;

✦ Hypermesh和Fluent Meshing之间可采用*.msh格式文件进行信息传输;

✦ 值得一提的是,Fluent中也可以进行域之间的节点合并,但是需要一定的前提条件,这个在之前的篇章中已经介绍过了;

✦ 对此存在因为的小伙伴可翻阅先前的篇章,限于篇幅,在此不再赘述了;


❆ 网格拼接技术待学习(写给自己,防止遗忘)

# ICEM CFD中的Merge Volume Mesh功能;

# Fluent Meshing中的Stich/Remesh Overlap Zone功能;


对于Fluent,博主多采用共节点的方式,Fluent中的交界面是否存在分类或者差异等


             

             

             


03


           

Star CCM+中的交界面


           

           



Star CCM+中Interface(即交界面)的使用频率还是比较高的,尤其是采用UG进行前处理,模型以*.x_t格式文件的形式导入到Star CCM+中,在Star CCM+中进行网格的参数设置与生成等,基本上就要用到Interface(即交界面)进行域之间的数据交互;

✦ 可通过左侧结构树-界面-进行交界面的信息查看与设置等;

 ❂_Star CCM+中的交界面可分为以下几类_

❆ 内部交界面/Internal Interface

✦ 最普通的交界面,连接两个区域,使他们发生数据交换;

❆ 多孔挡板交界面/Porous Baffle Interface

✦ 类似于多孔边界

❆ 完全发展的交界面/Fully-Developed Interface

✦ 用于指定循环周期边界的周期性压降,相当于周期交界面;

❆ 风扇交界面/Fan Interface

✦ 一个简单的风扇模型,它将轴流风扇的压力上升作为局部流速或速度的函数,要求流出方向和流入方向相同;

❆ 挡板交界面/Baffle Interface

✦ 相当于一个无厚度的壁面,最重要的是它能导热;

❆ 混合平面交界面/Mixing-Plane Interface

✦ 是用在多级旋转涡轮机;

❆ 风机交界面/Blower Interface

✦ 用在流出方向和流入方向不同的径向风机;


❂_以上所介绍的交界面均为流体域之间的交界面,涉及到固体域时,流体域与固体域之间的交界面还有接触界面映射接触界面

✦ 博主对此了解不多,学习过的一些传热案例,均是需要设置为接触界面;


✦ 关于交界面的生成,可在将部件分配给区域时,根据实际情况选择自动或手动生成;

❆ 注意&解析

✦ 软件汉化后显示的中文名称可能会存在些许差异,注意甄别;

✦ 最常用的就是内部交界面,之前旋转风扇案例用到的就是这种,不同流体域之间用作数据交互;

✦ 风扇交界面的使用可以不再需要风扇的实体模型,而是通过将风扇的PQ曲线数据输入到风扇交界面中,以达到替代风扇作用的目的;



来源:霍同学CAE
MeshingICEM CFDFluent MeshingFluentHyperMesh动网格几何处理理论
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首次发布时间:2024-05-26
最近编辑:5月前
霍同学
硕士 | 结构工程师 -仿真的魅力-
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