ICEM CFD三維結(jié)構(gòu)網(wǎng)格中兩種不同映射方法的區(qū)別

呂東萊

【關(guān)鍵詞】處理軟件 三維結(jié)構(gòu) 映射方法

1 ICEM CFD介紹

ICEMCFD（TheIntegratedComputerEngineeringandManufacturingcodeforComputationalFluidDynamics）是一款優(yōu)秀的網(wǎng)格劃分軟件，能夠快速有效的幫助用戶進(jìn)行結(jié)構(gòu)網(wǎng)格與非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分，廣泛應(yīng)用于流場運動分析之中。ICEMCFD也同時具有強(qiáng)大的自動性，通過簡單的按鍵操作就可以創(chuàng)造六面體網(wǎng)格，在滿足了操作需求的同時也讓操作者更加便利，降低了上手的難度。

2 三維網(wǎng)格劃分中兩種映射方法

在ICEMCFD里進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的生成時，映射是整個流程中無比重要的一步。在三維結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的劃分過程中，我們有兩種不同的映射方法。一種方法是根據(jù)face和surface之間的關(guān)系進(jìn)行映射，在face的映射完成之后，edge與vertex的映射自然完成，而另一種則是根據(jù)edge和curve之間的關(guān)系進(jìn)行映射，進(jìn)而移動vertex。由于這兩種方法在理論上都是可行的，本文探索的是兩種方法所帶來的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與質(zhì)量差異。

3 ICEM CFD的一般工作流程

ICEMCFD包含有創(chuàng)建一個新的或操作一個已有幾何的廣泛的工具。用戶不需要返回到原始的CAD中即可改變復(fù)雜集合或創(chuàng)建一個簡單的幾何。這些都能夠使用CAD（NURBS表面）和三角化表面數(shù)據(jù)來實現(xiàn)。ICEMCFD的直接CAD接口提供了位于CAD系統(tǒng)中的參數(shù)化集合創(chuàng)建工具及ICEMCFD中所具有的計算網(wǎng)格工具、后處理以及網(wǎng)格優(yōu)化工具間的橋梁。允許用戶在當(dāng)?shù)谻AD系統(tǒng)中操作幾何。ICEMCFD目前支持的直接CAD接口包括CATIA，I-deas，PRO-E以及Unigraphics。

ICEM CFD的一般工作流程包括以下幾個步驟：

1、 打開/創(chuàng)建一個工程;

2、 創(chuàng)建/處理幾何;

3、 創(chuàng)建網(wǎng)格;

4、 檢查/編輯網(wǎng)格;

5、 生成求解器的導(dǎo)入文件;

6、 結(jié)果后處理。

4 ICEM CFD結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分實例

在進(jìn)行兩種不同的映射劃分之前，首先要進(jìn)行block的劃分：

1）打開ICEMCFD選擇文件存儲路徑（changeworkingstir）并打開幾何模型，點擊opengeometry測試各個part的定義是否正確;

圖1 網(wǎng)絡(luò)分析模型標(biāo)題

2）點擊工具欄里的createblock，定義名字為FLUID，在type一行選擇3Dboundingbox;

3）點擊工具欄里的splitblock通過選擇相對應(yīng)的block和surface來進(jìn)行O-block的劃分，劃分完畢之后用deleteblock刪除無用的網(wǎng)格，得到圖1所示。

圖2 block劃分圖

4.1Face-surface映射

Face-surface映射相對于edge-curve映射跟為簡單，在本例當(dāng)中，首先選擇工具欄中的blocking標(biāo)簽，選擇其中的blockingassociations并進(jìn)入snapprojectvertices項里來進(jìn)行模型頂點的移動，在snapprojectpoints里選擇所有頂點（allvisible）后，點擊apply完成映射;

圖3 Face-surface映射

4.2Edge-curve映射

Edge-curve映射相對于face-surface映射操作更加復(fù)雜。在本例中，1處缺失相對應(yīng)的edge，而2處缺少相對應(yīng)的curve。

圖4 Edge-curve映射

為了解決以上問題，首先打開工具欄里的blocking，選擇splitblock，在blockselect里面選擇allvisible并在splitmethod里面選擇screenselect.隨后選擇1處附近合適的位置進(jìn)行劃分，這樣成功的彌補(bǔ)了1處沒有edge的缺點。

在解決完edge之后，選擇geometry當(dāng)中的createcurve，選擇isocurvemethod，在U/Vdirection里選擇V，選擇模型彎管處的兩個surface，并在parameter里先后錄入0.25，0.75來生成2處的兩個缺失的curve;

在處理完缺失的部分之后，點擊blocking里的association，選擇里面的editassociation，勾選projectvertices選擇圖一中表示1，2的四個位置中的一個，對一個位置進(jìn)行頂點移動，隨后將這一操作重復(fù)在其余3個位置上。

在完成了前面的操作后，發(fā)現(xiàn)圖一2處的edge不是完美的正方形，因此在geometry里用createpoint創(chuàng)造特征點并將頂點挪移至特征點處。

5網(wǎng)格生成

在完成兩種不同的映射方法之后，在兩個模型上分別創(chuàng)建O-blocks，調(diào)整不同edge上的節(jié)點數(shù)并通過改變edge形狀來滿足face-surface的映射關(guān)系。

完成了這些之后，點擊pre-mesh生成網(wǎng)格，兩種映射方法生成的模型以及網(wǎng)格結(jié)構(gòu)如下圖：

圖5 Face-surface映射生成網(wǎng)格

圖6 Edge-curve映射生成網(wǎng)格

選擇pre-mesh quality histograms， 在criterion一行選擇determinant2*2*2， 兩種方法網(wǎng)格質(zhì)量圖如下

圖7 Face-surface映射網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量圖

圖8 Edge-curve映射網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量圖

通過觀察兩種映射方法使用過后的模型結(jié)構(gòu)與網(wǎng)格質(zhì)量，我們通過柱狀圖不難發(fā)現(xiàn)face-surface映射在網(wǎng)格質(zhì)量上面不如edge-curve映射。在模型結(jié)構(gòu)上，edgecurve映射的結(jié)果也更加自然與完美，但是我們也在進(jìn)行映射的同時發(fā)現(xiàn)，face-surface映射的過程更加簡便，而edge-curve映射在擁有了精確性的同時在大規(guī)模映射方面將會變得較為復(fù)雜，在操作上會消耗掉過量的時間，在大規(guī)模使用上性價比反而低于face-surface映射。因此推薦在細(xì)節(jié)和對整體有著大影響的地方使用edge-curve映射，而在普通區(qū)域使用face-surface映射。

6結(jié)論

6.1edge-curve映射生成的模型結(jié)構(gòu)好，網(wǎng)格質(zhì)量更加優(yōu)秀。

6.2face-surface映射過程更為簡便，能夠節(jié)省時間。

6.3建議在重要部分使用edge-curve映射而在普通區(qū)域使用face-surface映射。