使用ICEM_CFD建立二维翼型流场网格

使用ICEM_CFD建立二维翼型流场网格
使用ICEM_CFD建立二维翼型流场网格

使用ICEM CFD建立二维翼型流场网格

Andrew Moa

ICEM CFD是一款专业的CFD前处理软件,也是一款比较流行的CFD网格生成器。ICEM CFD接口众多,可以为Fluent、OpenFOAM、Star-CCM+等众多求解器准备网格。ICEM CFD可以生成结构化和非结构化的网格。其最为独特的是分块(Blocking)策略,采用自上而下的分块模式,即由拓扑结构映射到几何实体,因此入门较难;但是一旦熟练掌握分块技巧,对于比较复杂的几何结构能够保证较高的工作效率。

本文以NACA 63(3)-218翼型为例,简单介绍使用ICEM CFD生成结构化二维翼型流场网格,为Fluent准备网格的一般步骤。

1、建立翼型流场几何

A、导入翼型数据

打开ICEM CFD,点击File->Import Geometry->Formatted Point Data,选择翼型数据文件,在Import Formatted INPUT point data里将Appriximation Tolerance 设置为0.000001,Apply生成翼型曲线。

确保导入的翼型数据文件为以下格式:文件应为ASCII点坐标格式,第一行为点的数量,其余各行分别为各点的x、y、z三个坐标值。

B、建立流场框架

选择工具栏中Geometry选项卡Create Point的Base Poin and Delta,在Base point中选择翼型尾缘上的点(1,0,0),在DX中输入20,Apply生成pnt.00点(21,0,0);保持选择的点不变,将DX改为0,DY输入10,Apply生成pnt.01点(1,10,0);保持选择的点不变,将DY改为-10,Apply生成pnt.02点(1,-10,0)。选择pnt.00点,将DY改为10,Apply生成pnt.03点(21,10,0);保持选中的点不变,将DY改为-10,Apply生成pnt.04点(21,-10,0)。选中点(1,0,0),将DY 改为0,DX输入-10,Apply生成pnt.05(-9,0,0)。

选择工具栏中Geometry选项卡Create/Modify Curve的From Points,在Points 里选依次择pnt.00和pnt.03,Apply生成曲线crv.00。同样的方法连接pnt.00和pnt.04、pnt.01和pnt.03、pnt.02和pnt.04翼型尾缘点(1,0,0)和pnt.00,生成五条直线。选择Arc工具,确保Meod里选择的是From 3 Point,在Locations里依次选择pnt.01、pnt.05和pnt.02,Apply生成圆弧。

C、指定Parts

右键单击模型树中的Parts,选择Create Part,在Part复选框中输入名称INLET,Entities中选择曲线crv.02、crv.03和crv.05,Apply建立INLET part。同样的方法,将翼型壁面曲线crv0建立为WALL Part,将crv.00和crv.01建立为OUTLET Part。

2、分块

A、初始化块(Block)

切换到Blocking选项卡,选择Create Block,在Part复选框里输入FLUID,新生成的块将指定为FLUID Part;确认Initialize Blocks里Type选的是2D Planar,Apply生成二维块。

B、分割块

在Blocking选项卡中选择Split Block,选择Split Block工具,在Split Method 中选择Prescribed point,Point选择pnt.01或pnt.02,Edge选择13-21或11-19,Apply生成33-34 Edge。

C、建立O-Grid

在Split Block中选择Ogrid Block,Select Block选择4和11 Block,Select Edge选择19-21 Edge,Apply生成O-Grid。

右键单击模型树中的Blocking,选择Index Control。使用Index Control控制显示的块,对块的所有操作仅影响显示的块,不对隐藏的块产生影响。在Index Control中设置O3的Min为1,此时显示的块变成如下所示:

切换到Split Block ,Split Method 选择Screen select ,Edge 选择36-38 或37-39中的任意位置,Apply 分割块。Index Control 里点击Reset 恢复显示所有的块。Blocking 中选择Delete Block ,Blocks 中选择块4和19,Apply 删除翼型壁面内部的块。

D 、连接块

选择Blocking 的Merge Vertices 工具,在Merge Vertices by Number 中选中2 Vertices ,2 Vertices 中依次选中13、11,Apply 将2个Vertices 混合为1个Vertices ,混合后为13。同样的方法,将36和37混合为36,38和39混合为38、40和41混合为40。

选中Blocking 的Associations ,选择Associate Vertex ,确保Entity 里选中的是Point ,在Vertex 里选择13,Point 里选择pnt.05,Apply 将Vertex 和点连接起来。同样的方法,将36和翼型曲线前缘的点(0,0,0)连接起来,将38

和翼型曲

a a

线尾缘的点(1,0,0)连接起来,将40和pnt.00连接,34、21、33、19分别和pnt.01、pnt.03、pnt.02、pnt.04连接起来。

选择Associate Edge to Curve,Edge里选择13-34和13-33,Curve里选择圆弧crv.05,Apply将Edge和曲线连接起来,连接之后的Edge变成了绿色。同样的方法,将36-48、48-38、36-46、46-38和翼型曲线crv0连接起来,将21-34和crv.02连接起来,将19-33和crv.03连接起来,将21-40和crv.00连接起来,将19-40和crv.01连接起来。

选择Snap Project Vertices工具,Apply将所有连接好的Edge移动到几何上。

Blocking里选择Move Vertices工具,Move Vertex的Method里选择Single,Vertex里选择要移动的Vertices,将48手动移动到翼型厚度最大处,大概就行了,不用太精确。Move Vertices里选择Set Location工具,Set里勾选Modify X,Ref. Vertex选择48为参考,Vertices to Set里选择要移动的Vertices 46,Apply将46移动到和48相同z坐标的位置。如果移动后46不在曲线上,可以使用Snap Project Vertices工具将其自动移动到曲线上。

E、改变Edge形状

对于一些形状比较复杂的曲线,改变Edge的形状可以保证Spacing的连续,减少网格畸变,对于提高网格质量是很有好处的。在Blocking里选择Edit Edge,确认Split Edge的Method里选的是Spline,在Edge里选择要调整的Edge,点击鼠标左键布置控制点,将翼型壁面的四条Edge转化成和翼型壁面曲线形状类似的样条:

同样的方法,将13-34和13-33转化成圆弧形状。

3、生成网格

A、初始化网格参数

选择Mesh选项卡的Global Mesh Setup工具,Max element输入0.3,Apply 确认,此时所有的Edge上的Spacing最大不得超过0.3。选择Part Mesh Setup工具,在弹出的窗口中将WALL的Maximum size设置为0.003,保证翼型壁面的Spacing最大不超过0.003,Apply确认,Dismiss退出。

Blocking选项卡里选择Pre-Mesh Params,选择Update Sizes工具,Method 里选择Update All,Apply确认。在模型树中勾选Blocking下的Pre-Mesh前面的选框,在弹出的对话框中点击Yes确认,可以查看网格的情况。

B、调整网格参数

选择Pre-Mesh Params中的Edge Params工具,Edge选择21-40,调整21-40 Edge上的布点情况。注意此时Edge上出现的箭头的方向,箭头的起始位置为Spacing1和Ratio1的起始点,相反方向为Spacing2和Ratio2的起始点。将靠近40的Spacing调整为0.001,Ratio调整为1.1,靠近21的Spacing调整为0.3,Ratio调整为1.0,Mesh law选择BiGeometric,Edge的节点数Node调整为85;勾选Copy Parameters,21-40的布点参数会自动复制到34-38、13-36、33-38和19-40 平行拓扑的Edge上,Apply确认。同样的方法,将余下的Edge参数修改

选中Copy Parameters,否则程序会报错;同时应取消掉Linked Bunching、Parameters Locked和Nodes Locked的复选框,才能Apply,否则同样会报错。

修改完毕后,重新勾选Pre-Mesh前面的选框,可以查看修改后网格的情况。此时不推荐使用Update sizes,否则所有的参数都需要重新设置一遍。

近壁面区域网格加密情况:

点击File->Save Project保存当前项目,注意保存路径和文件名均不能有中文和空格。

4、输出网格

A、生成网格

当指定网格的参数后,需要将网格转化成非结构网格(Unstruct Mesh)或多块网格(MultiBlock Mesh)才能输出网格文件。在模型树中Blocking下的Pre-Mesh点击右键,选择Convert to Unstruct Mesh,生成非结构网格。

B、设置求解器和边界条件

选择Output选项卡中的Select solver,在Output Solver中选择ANSYS Fluent,Apply确认。选择Boundary conditions,在弹出的Part boundary conditions窗口中为不同的Parts指定边界条件。在Surface下的FLUID下点击Create new,在弹出的Selection窗口中选择fluid,将FLUID指定为fluid边界条件。

同样的方法,将Edges下的INLET指定为velocity-inlet边界条件,将Edges 下的OUTLET指定为pressure-outlet边界条件,将Edges下的WALL指定为wall 边界条件。Accept接受并退出。

C、输出网格文件

点击Output选项卡下的Write input,在弹出的对话框中选择Yes,然后打开ICEM的非结构网格文件(*.uns),在ANSYS Fluent窗口中将Grid dimension设置为2D,Done输出网格文件。

5、导入求解器

在Fluent中打开生成的网格文件。可能显示如下信息:

这个无关紧要,可以无视它;也可以根据提示,在命令行窗口输入”solve initialize repair-wall-distance”自动修复,建议先选择湍流模型之后再进行修复。

Report Quality,网格的质量还可以。

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