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2024年4月16日发(作者：html怎么写java代码)
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基于ANSYS FLUENT Meshing的复杂
作者：崔亮
来源：《CAD/CAM与制造业信息化》2014年第04期
模型网格划分
2013年12月，ANSYS宣布推出其业界领先的工程仿真解决方案ANSYS 15.0，独特的新
功能，为指导和优化产品设计带来了最优的方法。
其中，ANSYS 15.0的流体动力学仿真解决方案可提供更快的前处理、求解器和优化技
术。得益于智能优化技术、更快的求解器速度、突破性的并行可扩展性、直观的几何结构功能
和并行网格剖分技术，ANSYS 15.0的流体动力学用户能够比以往任何时候都更快更精确地设
计新产品。
一、引言
网格划分是计算流体动力学（CFD）分析的关键步骤，网格的好坏直接影响到仿真分析的
精度和速度。尤其是对于复杂模型，其网格划分环节在整个仿真分析周期中往往占据了大部分
的人工处理时间，选择合适的软件工具来对复杂模型进行网格划分，对于加快仿真周期、提升
工作效率有着十分重要的意义。本文以两个实际的复杂模型为例，详述了ANSYS FLUENT内
置的前处理网格划分工具ANSYS FLUENT Meshing在处理复杂模型时的优势，包括ANSYS
FLUENT Meshing在处理复杂模型时的快速高效、高保真度、高质量等特点，可以帮助用户更
加有效地应对复杂模型的网格划分，缩短整个仿真的周期，进而加速研发过程，提升产品的核
心竞争力。
二、ANSYS FLUENT Meshing介绍
ANSYS FLUENT Meshing（当前的最新版本为15.0，图1）的前身是TGrid，一直以来作
为FLUENT的前处理工具，负责为FLUENT提供高质量的网格。从ANSYS 14.5版本开始，
TGrid更名为ANSYS FLUENT Meshing，并完全嵌入到FLUENT的界面中。在保留了TGrid
所有功能的同时，还新增了基于对象的网格创建流程，提升了软件的易用性和流程性，为复杂
模型的网格划分带来了极大的便利。
ANSYS FLUENT Meshing拥有丰富的CAD和网格数据接口，可以直接导入各种格式的
CAD文件、各种格式的表面网格或体网格文件、STL等；拥有功能强大的表面网格处理工
具，包括表面包裹、表面诊断及修复、创建拓扑等；拥有丰富的体网格生成策略，包括四面体
网格、六面体核心网格、笛卡尔网格、多面体网格、棱柱层网格以及混合网格；高效的硬件资
源利用率，支持多达十亿的大规模网格划分以及并行网格划分技术。
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图1 ANSYS FLUENT Meshing 15.0界面
三、燃烧室内流及共轭传热网格划分
图2所示几何模型为parasolid格式的实体模型，是整个燃烧室模型的1/18周期部分，需
要进行燃烧室内的流动计算和共轭传热计算。因此需要同时生成流体区域和固体区域的网格，
且流体区域和固体区域的交界面需要保持网格节点一致。燃烧室内部的流场非常复杂，为了保
证计算精度，需要在流体区域的固壁表面生成棱柱边界层网格，并且体网格的质量也较高。此
外，还需要保持流体区域和固体区域的周期性边界条件，一些小的细节特征例如小孔、叶片前
缘尾缘等需要有较高的网格分辨率，并且尽可能多地生成六面体网格以减少体网格总数。
具体地，首先，将模型导入到ANSYS FLUENT Meshing中（图3），使用共形导入的方
式，设定合适的尺寸函数，在导入过程中直接进行高保真度、高质量的表面三角化网格划分。
图2 燃烧室1/18周期的几何模型
图3 共形导入的三角化表面网格划分
由于模型中只包含固体区域，还需要通过封闭周期面得到流体区域。使用ANSYS
FLUENT Meshing中的封盖功能，创建一侧的流体区域周期面，再使用创建旋转周期面的功
能，拷贝出另一侧的周期面（图4）。
图4 使用封盖功能创建周期面
使用表面诊断功能，可以方便快速地定位表面网格中存在的各种连续性问题，包括自由节
点、多重节点、交叉、重叠和低质量等各种问题，再使用相应的自动修复工具，修复所有的表
面连接性问题，并将表面网格的偏斜度标准优化至0.7以下（图5）。
图5 表面诊断和修复功能
创建拓扑功能，尤其适用于包含多个区域的共轭传热模型，使用创建拓扑功能，可以自动
化地将流体区域和固体区域的交界面处理成网格节点一致，再通过指定的流体材料点，让
ANSYS FLUENT Meshing自动识别出流体区域和固体区域的封闭表面构成（图6）。
图6 创建拓扑功能
最后，使用自动体网格划分工具进行棱柱层网格和六面体核心网格的混合体网格划分，生
成以六面体为主、包含5层棱柱边界层的混合网格，网格总数约为982万，体网格的偏斜度标
准低于0.9，小孔、叶片前缘尾缘等模型细节均具有较高的网格分辨率，周期性边界条件得到
了保持，流固交界面上网格节点保持一致（图7）。
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图7 表面网格及体网格细节展示
四、V8发动机外流网格划分
图8所示几何模型为parasolid格式的包含内部零部件的详细V8发动机模型，其中部分零
部件为实体，部分零部件为片体。
图8 V8发动机的几何模型
按要求，需要进行发动机的外流仿真计算，因此需要获得发动机封闭的外表面，而不考虑
其内部的细节。此外，需要生成对原始几何保真程度较高的网格，并尽量减少人工的操作步骤
和操作时间以提升工作效率。
由于所提供的几何模型质量较低，既有实体也有片体，而且还存在干涉、间隙和破损等问
题，使用传统的表面修复方法来处理该模型会非常困难，而ANSYS FLUENT Meshing的表面
包裹技术尤其适用于处理这样的几何。
首先，将模型导入到ANSYS FLUENT Meshing中，由于需要生成外流计算的网格，所以
首先使用封盖功能来封闭模型中的一些敞口、破损表面，例如进排气歧管的端部、缸体、喷油
系统和进排气阀门等。
接下来，定义合适的尺寸函数，使用表面包裹技术自动在原始几何的基础上生成贴体的封
闭表面网格，再通过投影、质量优化等，得到保真程度较高、质量也较高的表面网格（图
9）。
图9 表面包裹功能
最后，使用创建表面的功能生成外流的计算域边界，再使用自动四面体网格填充技术生成
体网格。最终生成总数约为230万的四面体网格，体网格的偏斜度标准低于0.95，模型的各处
细节保真程度较高，整个流程仅需较少的人工操作步骤和操作时间（图10）。
图10 表面网格及体网格细节展示
五、结语
本文使用ANSYS FLUENT Meshing对燃烧室和V8发动机两个复杂模型进行了网格划
分，详述了ANSYS FLUENT Meshing强大的网格处理能力，适用于各种复杂程度的模型网格
划分。其优异的表面诊断及修复功能、创建拓扑功能和表面包裹技术，在表面网格的处理环节
上极大地提升了工作效率；丰富的体网格生成策略保证了高质量的体网格生成，进而保证了仿
真分析的精度和速度。
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