STAR-CCM+复杂表面几何处理与网格划分.doc

(完整版)STAR-CCM+复杂表面几何处理与网格划分
STAR-CCM+复杂表面几何处理与网格划分
1。启动：
l 开始→所有程序→STAR—CCM+，如图1所示，打开STAR-CCM+，界面如图2所示。

图1 打开软件STAR-CCM+

图2 STAR—CCM+界面
l 点击File→New Simulation，如图3所示，弹出如图4所示窗口，单击OK按钮，创建新的模拟。
图3 创建新模拟 图4 创建新模拟窗口
2。打开模型文件：
l 单击菜单File→Import surface mesh,如图5所示，或者单击按钮，进入模型导入菜单,如图6所示。
l 选择所有x_t模型，单击“打开"，按钮，弹出如图7所示菜单,为了减少内存压力，这里设定Tessellation Density一项为“Coarse”。

图5 导入表面模型菜单 图6 导入表面模型窗口

图6 导入表面模型窗口选项
l 单击“OK”按钮,进入主界面，导入模型如图7所示.
3。简单前期设定：

图7 导入模型后的主界面显示
l 由于导入模型是固体模型，最后要求解的是其内腔的流体区域,所以先将所有固体模型合并起来,如图8所示，将Regions树下的所有body选择，右键选择“Combine”，将所有固体模型合并，如图9所示。

图8 合并前的Regions树模型 图9 合并后的Regions树模型
l 对各个区域部件重新进行命名；如图10所示，先将前三个同类的Boundary、Boundary1 1、Boundary1 2挡板合并并命名为“baffles”.

图10 合并三个挡板模型并重新命名
l 对模型中的传感器Boundary1 7重新命名为“Sensor”，如图11所示。

图11 Boundary1 7重新命名为“Sensor”
l 对模型中的固体部件Boundary1 8、Boundary1 9通过“Combine”合并并重新命名为“Struts”,如图12所示.

图12 Boundary1 8/9重新命名为“Struts”
l 对模型中的阀体Boundary1 10重新命名为“Valve”，如图13所示。

图13 Boundary1 10重新命名为“Valve”
l 对模型中的入口管道Boundary1 6重新命名为“Inlet pipe”,如图14所示。

图14 Boundary1 6重新命名为“inlet pipe"
l 对模型中的固体部件Boundary1 11、Boundary1 14通过“Combine"合并并重新命名为“Cross pipe”，如图15所示.
l 对模型中的主体Boundary1 5重新命名为“mainbody”,如图16所示。
l 右键点击模型树中Continue→Mesh1→Select meshing models，弹出如图17所示“Meshing Models Selection”，勾选“Surface Wrapper"，如图18所示，所选选项将在菜单右侧显示，点击“Close"按钮，将菜单关闭.

图15 Boundary1 11/14重新命名为“cross pipe” 图16 Boundary1 6重新命名为“mainbody”

图17 “Meshing Models Selection”菜单

图18 勾选“Surface Wrapper"选项
l 点击模型树中Continue→Mesh1→Reference Values→Base Size，在树模型下方的”Properties”处将”Value"值更改为0。01m，如图19所示;点击模型树中Continue→Mesh1→Surface Values→Relative minimum Size，树模型下方的"Properties”处将”Percentage of Base”处保持默认25；点击模型树中Continue→Mesh1→Surface Values→Relative Target Size，树模型下方的"Properties"处将”Percentage of Base”值改为50；如图20所示.
图19 base size 设定 图20 surface size 设定
l 点击如图21所示的“Turn mesh on or off”按钮，将模型网格显示出来,如图22所示。

图21 “Turn mesh on or off”选项
图22 显示网格模式下的模型
4。修补面处理：
l 因为是对其内部流体进行计算分析，所以先将大的开口封闭起来，小的缝隙可以通过包面进行自动缝合，首先进行如图23所示两个进口及三个出口的缝合.
l 右键单击Representations→Import，选择Repair Surface。。。选项, 弹出如图24所示“Surface Preparation Options”菜单，因为是要进行缝补大面，而不是进行质量检查，所以取消“Check All”选项，点击“OK”按钮，进入如图25所示的“Repair Surface Mesh”菜单界面。
出口
入口

图23 将要进行缝合的进出口

图24 “Surface Preparation Options”菜单 图25 “Repair Surface Mesh"菜单
l 点击如图26所示“Fill Polygonal Patch”按钮，将模型中的“inlet pipe”进口进行封闭，如图27所示。
图26 “Fill Polygonal Patch”选项 图27 修补之后的“inlet pipe”入口
l 将“Faces”改为“Edges”选项，将“Cross pipe"入口进行修补，修补之后的效果如图28所示。

图28 修补之后的"Cross pipe"入口
l 运用同样的方法将三个出口也进行修补,修补后的效果如图29所示。

图29 修补之后的出口
l 由于之前的特征性有可能会影响到包面的效果，所以将之前的特征线进行删除，选择模型树中Regions→Feature Curves，将图30中所有的特征线进行选择,然后右键“Delete”进行删除。

图30 将特征线进行删除
4。漏洞检测：
l 右键点击Continua→Mesh1→Models→Surface Wrapper，选择Run leak detection。..，先将“Current Point”选择为“Source Point”，将图31所示红点移到模型外部；再将“Current Point” 选择为“Target Point"，将图32所示的红点移到模型内部.

图31 选择“Source Point”

图32 选择“Target Point”
l 点击如图33所示“Wrapper Leak Detection”菜单下的“Recompute Template +Paths ”按钮，如果没有大的漏洞的话,将在主界面的“Output"窗口输出如图34所示提示。

图33 “Wrapper Leak Detection”菜单

图34 “Output” 输出窗口
5。包面处理:
l 首先将主体“mainbody”里面的一部分分离处理，不然在包面过程中可能被忽略.右键点击Regions→mainbody→Spilt Interactively,弹出 “Split Boundary Manually"菜单，选择如图35所示的部分,将“Boundary Name”改为“Channel”,点击“Create”按钮。

图35 “Split Boundary Manually"菜单
l 将刚才生成的“Channel”的“Surface Size”的“Relative Target Size”及“Relative Minimum Size"的 ”Properties”处的"Percentage of Base”值改为5；如图36所示。
l 用同样的方法将“Baffles”的“Surface Size”的“Relative Target Size”及“Relative Minimum Size”的 "Properties”处的"Percentage of Base"值分别改为10和20.
l 用同样的方法将“Sensor"的“Surface Size”的“Relative Target Size"及“Relative Minimum Size”的 ”Properties”处的"Percentage of Base"值分别改为5和10.

图36 更改表面尺寸设定
l 下面将进行一些防接触设定，否则在部件与部件之间会产生很差的网格。右键点击Regions→Mesh Values→Contact Prevention，如图37所示,选择New→One Group Contact Prevention Set,将名称改为“Sensor”，建立传感器与主体的防接触对，在Properties中单击“Boundaries”后面的按钮,如图38所示，选择“sensor”、“mainbody”,将下面“Search Floor”尺寸改为0.0005m，即在这个尺寸范围内的都不能接触。

图37 接触设定

图38 接触对选择
l 同样的方法建立“cross pipe”与“valve”之间的防接触对；“mainbody”与“cross pipe”和“inlet pipe”之间的防接触对；“mainbody”与“baffles”之间的防接触对.
l 将挡板“baffles"进行加厚处理。右键点击“Representations"→“Import”，选择“Repair Surface"，不选择检测网格质量，单击“OK"按钮，进入“Repair Surface Mesh”菜单界面,将其切换为“Offset Faces”菜单面板,如图39所示。

图39 “Offset Faces”菜单面板
l 选择“Offset Action”为“Inflate”，“Thickness”值为0.002m,方向采用默认,单击“Selection Control”下的品红色锁状按钮,弹出如图40所示的“Select Boundaries”菜单，选择“Baffles”，单击“Apply”按钮,回到“Offset Faces”菜单面板，单击“Offset Faces”按钮，完成对挡板的加厚操作，单击“Close”按钮退出“Offset Faces"菜单面板.

图40 “Select Boundaries"菜单
l 单击如图41所示的按钮，等待片刻之后生成包面网格。右键点击主界面的空白处，选择“Apply Representations"→“Wrapper Surface”，显示包面后的网格，如图42所示。

图41 工具条菜单

图42 包面后的模型（Mesh off/on）
6.网格重构:
l 为了之后的网格不受影响，先将之前导入网格删除。右键点击Representations→Import,在弹出菜单中选择Delete，将Import网格删除，如图43所示。

图43 删除import网格
l 右键点击Continua→Mesh1，选择Select Meshing Models.。。，如图44所示，弹出Meshing Model Selection菜单，取消右侧Surface Wrapper选项,勾选左侧Surface Remesher选项，如图45所示，点击Close按钮关闭菜单。

图44 Meshing Model Selection菜单

图45 Meshing Model Selection菜单
l 在进行网格重构（Surface Remesher）的时候，部分网格尺寸可以放大一些，channel→Mesh Values→Surface Size→Relative Target Size，树模型下方的“Properties”处将“Percentage of Base"值改为10；如图46所示。

图46 更改部件的目标尺寸
l 在入口和本体的连接处建立一个长方体加密区域.右键点击Tools→Volume Shapes,在弹出的菜单中选择Block，如图47所示。

图47 选择建立一长方体加密区
l 弹出“Create Block Volume Shape”菜单，将长方体进行拉伸和缩放，最后将区域定位于入口与主体的连接处,如图48所示，点击“Create Block Volume Shape”菜单下方的“Create”按钮，建立此加密区域。

图48 加密区区域
l 建立好之后回到Tools→Volume Shapes，点一下Block 1，可以在主界面中显示建立的加密区域，如图49所示。

图49 主界面中显示加密区域
l 下面进行加密区控制。右键点击Continua→Mesh 1→Volumetric Controls，选择New,建立一新的加密体控制,如图50所示。

图50 建立加密体控制
l 点击图50所示中的Volumetric Controls 1，点击下方Shapes右边的按钮,在弹出的“Volumetric Controls 1”选项菜单中选择“Block 1”，如图51所示,点击“OK"按钮退出“Volumetric Controls 1”选项菜单。

图51 选择加密区域
l 点击Volumetric Controls 1→Mesh Conditions→Surface Remesher,在下方Properties处勾选“Customize surface remesher”选项，如图52所示。

图52 勾选自定义表面网格选项
l 之后多出一项“Mesh Values"，如图53所示,点击Mesh Values→Customs Size→Relative Size，将其Properties下方的Percentage of Base处值更改为5,如图54所示.
图53 “Mesh Values”选项 图54 更改Percentage of Base值
l 点击工具栏处的网格面网格生成按钮进行重构网格建立,等网格生成后，右键点击主界面空白区，选择选择“Apply Representations"→“Remesher Surface”,如图55所示,显示重构后的网格，如图56所示。

图55 选择“Remesher Surface”选项

图56 重构后的网格
l 因为体网格是在重构网格的基础上生成的，为了避免体网格生成收到之前包面网格的影响，将之前的包面网格进行删除，右键点击Representations→Wrapped Surface,在弹出菜单中选择Delete，将Wrapped Surface网格删除，如图57所示。

图57 删除Wrapped Surface网格
7.网格质量检查：
l 右键Remeshed Surface,选择Repair Surface。.。，弹出“Surface Preparation Options”选项菜单，如图58所示，勾选“Check face quality”选项，将下面“Minimum quality"值改为0。4，点击“OK”按钮进入“Surface Diagnostics”选项菜单，如图59所示，在“Poor Quality Faces”后面黄色显示1,证明有1个质量比较差的面网格。

图58 “Surface Preparation Options”选项菜单

图59 “Surface Diagnostics”选项菜单
l 点击“Surface Diagnostics”选项菜单下方“Display Control”中的第二个按钮，如图60所示，将所有网格先隐藏。

图60 将所有网格隐藏
l 点击“Poor Quality Faces”后面的黄色按钮，然后点击“Selection Control”下面第4个按钮,让其周围的网格显示，便于观察，如图61所示.

图61 点击“Selection Control”下面第4个按钮
l 在主界面中能观察到一片网格后点击“Display Control"中的第3个按钮，如图62所示，将这些网格定格在主界面中，如图63所示.

图62 点击“Display Control"下面第3个按钮

图63 显示“Poor Quality Faces"及其周边网格
l 通过“Surface Repair"工具栏下的一些功能将这个Poor Quality Faces消除,消除后的网格如图64所示,此时“Poor Quality Faces”后面黄色显示0,证明没有质量比较差的面网格。

图64 消除“Poor Quality Faces"后的网格显示
8。分割和定义边界条件：
l 在生成体网格之前，首先进边界条件的分割。选择“Inlet pipe”，右键点击“Inlet pipe”部件，在弹出选项菜单中选择“Split Interactively”,如图65所示。

图65 选择“Split Interactively”选项
l 选择如图66所示的面,将“Boundary Name”更改为“inlet 1”，点击“Create”按钮生成入口1；

图66 生成入口1边界
l 选择“Cross pipe",右键点击“Cross pipe”部件，在弹出选项菜单中选择“Split Interactively”,在弹出的“Split Boundary Manually"菜单选项中选择如图67所示的面,将“Boundary Name”更改为“inlet 2”，点击“Create”按钮生成入口2；

图67 生成入口2边界
l 选择“Mainbody”，右键点击“Mainbody”"部件,在弹出选项菜单中选择“Split Interactively”,在弹出的“Split Boundary Manually”菜单选项中选择如图68所示的面，将“Boundary Name”更改为“outlet”，点击“Create”按钮生成出口；

图68 生成出口边界
9.生成体网格：
l 右键点击Continua→Mesh1,选择Select Meshing Models.。。，弹出Meshing Model Selection菜单，取消右侧Surface Remesher选项，勾选左侧Polyhedral Mesher→Prism Layer Mesher，如图69示,点击Close按钮关闭菜单。

图69 Meshing Model Selection菜单
l Continua→Mesh 1→Reference Values，下面的边界层数目及边界层生长方式都按缺省值，点击Prism Layer Thickness→Relative Size，将其Percentage of Base值设定为15，如图70所示.

图70 设定边界层厚度
l 由于进出口不需要边界层，所以将进出口的边界层设定取消.点击Regions→Boundaries→inlet 1→Mesh Conditions→Customize Prism Mesh,将其下方Properties的Customize Prism Mesh选项选择为Disable,如图71所示。
l 应用同样的方法将另外一个进口和出口都进行同样的设定。

图71 进出口边界层设置
l 点击工具栏处的体网格生成按钮进行体网格建立，等网格生成后,右键点击主界面空白区，选择选择“Apply Representations”→“Volume Mesh”，显示多面体体网格，如图72所示。

图72 多面体体网格显示
l 也可以将体网格生成Trimmer网格,右键点击Continua→Mesh1，选择Select Meshing Models。.。，弹出Meshing Model Selection菜单,取消右侧Polyhedral Mesher选项，勾选左侧Trimmer→Prism Layer Mesher,如图73示，点击Close按钮关闭菜单.

图73 Meshing Model Selection菜单
l Continua→Mesh 1→Reference Values→Surface Size→Template Growth Rate,将下面Properties的Default Growth Rate和Surface Growth Rate分别选为“Medium"和“Fast”，如图74所示。

图74 面网格增长方式选择
l 点击工具栏中删除网格按钮,将当前的体网格进行删除，然后点击工具栏处的体网格生成按钮进行体网格建立,等网格生成后，右键点击主界面空白区,选择选择“Apply Representations”→“Volume Mesh"，显示Trimmer体网格，如图75所示。

图75 Trimmer体网格显示
l 至此，所有网格建立完毕。