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“杂事有点多!”流体仿真要如何与 SCDM 软件完美结合

1月前浏览9313

本文摘要(由AI生成):

本文主要介绍了基于SCDM软件的CFD前处理工作流程,包括读入模型、处理模型、流体区域、仿真完善、输出几何等五个部分。其中,仿真完善部分包括几何命名、几何参数化、多体分割、体间缝隙/干涉、共享拓扑等五个步骤。几何命名可以通过SCDM软件中的强大选择功能快速高效地完成,但命名不是从几何直接传递给求解器的,中间可能会有一定的误差。几何参数化虽然可以实现多工况自动计算,但由于流体仿真对于网格的要求很高,因此基于几何参数化的自动网格生成通常被认为是“不靠谱”的。多体分割可以将不同的体在CFD求解器中区分开,而体间缝隙/干涉问题则需要更多的高级功能和软件之间的配合来解决。共享拓扑可以提供简单快捷的多体网格共节点方式,但需要完成压印和网格共节点两个步骤。

ANSYS SpaceClaim Direct Modeler(简称 SCDM)是基于直接建模思想的新一代3D建模和几何处理软件。SCDM可以显著地缩短产品设计周期,大幅提升CAE分析的模型处理质量和效率,为用户带来全新的产品设计体验。

通常,我们可以将基于SCDM软件的CFD前处理工作,简单的分为5个部分:

★  读入模型

★  处理模型

★  流体区域

★  仿真完善

★  输出几何

(四)仿真完善

获取流体区域之后,我们通常还需要做一些额外的操作;当然这些操作的目的各不一致,因此难以统一到一个单独的类别之中,我们就简单的称之为仿真完善。

当我们的仿真仅仅涉及到单体的流体分析(不含多孔介质,不含源项等)时,仿真完善的步骤通常可以跳过(最多包含命名)。

当需要考虑多个实体的流体区域,或者流固耦合换热的问题时,就还需要进行多个步骤的仿真完善相关工作。

仿真完善大致需要处理一下几个步骤:

  几何命名

  几何参数化

  多体分割

  体间缝隙/干涉

  共享拓扑

1. 几何命名

CFD仿真中的边界(boundary)和体域(cell zone)通常是在前处理阶段就确认好的,确认位置的方式是通过命名来实现的;对于三维的仿真问题,体域(cell zone)是对实体进行命名,边界(boundary)是对实体上的面进行命名。

当然,我们也可以考虑在画网格的软件中进行几何命名,也是可以达到同样的目的。

SCDM中进行命名有以下的优势和缺点:

优势:具备有强大的选择功能,可以快速高效选取希望命名的实体/面,提高工作效率。

缺点:命名不是从几何(而是网格)直接传递给求解器的,因此中间可能会有一定的误差。

需要注意的是:对于初学者,假如使用Workbench Meshing进行网格划分,那么命名在两个软件中通常都可以顺利完成;对于使用Fluent Meshing划分网格的中高级流体工程师而言,建议用SCDM命名,可以极大的提高工作效率。

SCDM进行命名的方法非常简单,只要鼠标在选择状态下,在图形界面中(或结构树中)选取了一个或多个对象(包括点/线//实体等),就可以在创建组的标签栏中进行命名。

CFD仿真的命名没有任何的格式要求,工程师自己可以识别即可;当然,建议使用纯英文字符进行命名,否则到求解器中可能会产生乱码。

2. 几何参数化

SCDM软件是支持参数化建模的,可以针对任意导入的CAD几何进行参数化设置;同时SCDM中的参数化设置可以集成在Workbench中,作为整个的CFD工作流程的输入参数。

当然,对于几何参数化的相关功能,我本人是并不推荐大家使用的,原因如下:

① CAE仿真参数化的目的,大多数是为了实现多工况自动计算;而流体仿真的单个案例,通常会持续较长时间,大多数处在十几个小时到几十个小时不等。对于这种“长“周期的仿真工程,显然自动化能够带来的工作量减小是微乎其微的,通常认为是可以忽略的。

② 流体仿真对于网格的要求很高,而几何尺寸改变后的自动体网格划分,网格质量往往无法有效控制,以至于难以满足流体仿真的需求。因此,基于几何参数化的自动网格生成通常被认为是“不靠谱“的。

③ 部分流体求解器的参数也和几何尺寸与网格息息相关,因此参数化流程可能会导致多工况中的部分问题求解发散。

在大多数行业中,流体工程师的大部分工作都是在手动调整网格和测试求解器参数,因此基于几何尺寸的参数化工作往往被认为是不高效、不靠谱的,这也是流体仿真模板较少的主要原因。

3. 多体分割

当我们希望不同的体在CFD求解器中具备不同的特点(比如多孔介质、不同材料的固体)时,就必须在几何的环节把他们区分开;否则上在后面的流程中(如网格、求解等)就很难再把他们分开。

结构树中的多个体可以命成一个名字,这样,他们就会在求解器中被当成单独的cell zone对待。

4. 体间缝隙/干涉

既然是仿真区域存在多个体,那么他们之间就不可避免的会存在问题,常见的体间问题包含干涉和缝隙。对于干涉问题,SCDM提供自动探测干涉区域并修复的功能,可以高效的处理多体间的错误;但对于缝隙问题,难度就很大了,SCDM中仅提供平面间的缝隙检测(基于实体)工具,当多个体相邻的曲面间存在缝隙时,这是十分让人头疼的问题,可能需要更多的高级功能和软件之间的配合来解决,限于篇幅,本文暂不做过多介绍。

5. 共享拓扑

流体仿真中,多个实体之间存在公共面,如果没有网格的相对运动,则推荐使用共节点网格。共节点网格的优势如下:

更少的计算时间

更高的数值精度

SCDM提供简单快捷的多体网格共节点方式“共享拓扑”,只需要在多个体的结构树组件中选择共享即可。

共享拓扑的实际工作步骤包含两个方面:

压印

网格共节点

SpaceClaim流体基础几何处理
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首次发布时间:2018-12-24
最近编辑:1月前
张杨
硕士 | 高级流体工程... 仿真分析要有理有据
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