紧密点的CFD网格划分

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生成计算网格是任何分析（无论是FEA还是CFD）都必不可少的部分。良好的网格对于获得最高级别的准确性和最佳结果至关重要。除非您足够幸运地分析翼型上的流动或管道中的流动，否则CFD的网格划分几乎总是一个挑战。

流体最吸引人的特征之一是它们渗入系统中许多狭窄部位的能力。例如，在CFD分析中，两个实心零件之间的间隙、间隙、密封件等，都呈现出微型流道。与FEA网格划分不同，这些紧密点通常包含在CFD分析中，因此需要额外考虑网格划分，以便生成适当的网格以解决这些区域中的流动物理问题。看一下两个表面之间的间隙中的典型流动的示例，如图1所示。

这种类型的流动域通常表示电动机中的流动间隙。内表面通常以一定速度旋转，有一个附着的腔体，代表定子极面之类的物体。如果腔不存在，则流域仅是两个同心圆柱之间的环形区域。生成流动间隙的清扫网格将很简单，但在顶部增加腔体使流量更有趣。对称的环形间隙变形为具有紧密间隙的不可清扫的3D流域。现在，我们如何将其划分为CFD分析？

图一

最简单的方法是将四面体元素用于不可扫掠的流量，这仅仅是因为我们知道四面体网格可以处理多种复杂的几何形状。另外，内表面正在旋转，这会在间隙中产生剪切流，因此我们需要在所有表面上都包含棱镜层以解决强剪切梯度。在适当的网格尺寸规格下，大约10个元素被放置在整个间隙中，我们得到如图2所示的网格。合并的tet和棱镜网格总共有大约126万个元素。图3体现了在间隙和腔区域中的网格的特写视图，元素的数量足以解决与此配置相关的流物理学。但是，仔细检查图2中的网格，很明显，仅由于四面体元素的性质，轴向上的元素过多。形状良好的Tets是各向同性的，不容易在一个或多个方向上拉伸以减少元素数量。这就提出了一个问题：对于这种情况，是否存在另一种网格划分方法？

图2 Tet＆Prism网格

图3 间隙和腔中的网格的特写视图

让我们探索另一种网格划分零件的方法。再次查看此CFD分析的流域。我们知道这不是可清除的。但是，如果我们可以简单地将域划分为三个流量，如图4所示，则每个流量都将变为可扫描的。这提供了为每个流量使用清扫网格的灵活性，这使得在间隙以及轴向方向上分配适当的网格元素尺寸变得更加容易。更好的是，借助扫掠网格，我们可以对所有三个流量使用六面体元素。最终的网格如图5和6所示。

我们可以清楚地看到，间隙和腔区域与全六角网格很好地网格化了。这种方法应提供更合适的网格，以解决间隙中的强剪切流。顺便说一句，我提到元素总数了吗？为此做好准备。间隙和型腔中所有六角形网格的总元素数仅为145K元素，仅占Tet和棱镜网格的元素总数的11％。是的，减少了11％，元素数量减少了近90％！这是相当了不起的，不是吗？

通过简单地将流量分成三部分并利用扫掠啮合。因此，在适应传统的Tet和棱柱网格以解决流域中的狭窄点之前，最好从CFD分析中退后一步，of一口手头上的任何美味饮料，然后查看流域再次查看是否可以，以任何方式将其划分以利用扫描网格方法。结果可能会让您感到惊讶。

图4 流域分解

图5 所有六角CFD网格

图6：间隙和空腔中的所有十六进制网格

来源：正脉科工 CAE微信公众号（ID：caejslm）。