Gambit划分搅拌槽网格的步骤.doc

学习软件的练习
参考：《Mixing-Workshop UGM2003》
硕士论文《涡轮桨搅拌槽内搅拌特性数值模拟研究（张丽娜）》
《Fluent流体计算应用教程》
这是一个自己学习划分结构化与非结构化网格相结合的一个算例。
该算例是一个单轴、圆盘涡轮式搅拌槽的结构，利用Gambit软件对其进行分区、分块处理。
Gambit中的设置：建立几何模型——在图纸《同轴搅拌混合器结构尺寸》的基础上修改；
1. 圆柱体1：height-4; radius-70; centered z;
2. 圆柱体2：height-22; radius-25; positive z;
3. 圆柱体3：height-200; radius-15; positive z;
4. 长方体1：width(x)-50; depth(y)-2; height(z)-40; centered;
5. 平移长方体1，move-translate-x:75；
6. 复制长方体1，得到长方体2、3、4、5、6：copy-5; rotate angle-60;
7. 合并上面的所有体，得到轴和桨的几何模型；
8. 圆柱体4：height-400; radius-190; centered z;
9. 圆柱体5：height-400; radius-180; centered z;
10. 圆柱体6：height-400; radius-150; centered z;
11. 圆柱体7：height-400; radius-125; centered z;
12. 圆柱体8：height-200; radius-125; centered z;
13. 圆柱体9：height-150; radius-125; centered z;
14. 圆柱体10：height-150; radius-112.5; centered z;
15. 长方体7：width(x)-80; depth(y)-5; height(z)-400; centered;
16. 平移长方体7，move-translate-x:165；
17. 复制长方体7，得到长方体8、9、10：copy-3; rotate angle-90;
18. Split 长方体7、8、9、10：volumes依次选中上述长方体，然后用圆柱体5和6的外圆柱面切割，再把多余的体删除，得到挡板位置的几何模型；
19. 挖空最外面的筒体，用圆柱体4减去步骤18中的挡板和步骤7中的轴和桨叶；
20. 再依次切割各体，由外到内的顺序去进行体切割split，注意不选中retain项，最后得到8个几何体；然后删除多余出来的几何体，方法是在delete按钮中依次显示各个几何体，把多余的轴和桨叶部分几何体给删除了；
21. 创建两个正交垂直的平面，尺寸为：width-400，height-400，zx centered；利用这两个平面切割split代表最外面筒体的这个几何体，进行4等分；对剩余的（除了包含桨叶部分的第8个体外）的6个几何体，进行2等分；最后删除这两个平面；
22. 连接一次所有的几何面，确保没有重合的面存在，再进行一次文件保存的操作；
对上述8个几何体准备并实施网格划分
23. 先把动区域部分（包含4个体：上体，中间环体，中间包含轴和桨叶的体，下体）复制并平移出来，再把原来位置上的这一块删除掉，然后再连接一次所有的几何面，保存文件；（在Gambit中一次选中这部分的所有体的方法是：从右下角向左上角画一个矩形框，框内的所有体就可以一次被选中）
24. Mesh-face-link faces操作，注意两者的面和节点要互相对应起来，并做一下尝试，检查是否对其中一个进行面网格划分，相应的面是否同时也进行同样的网格划分工作；
25. 现在开始进行网格划分；先划分动区域部分，即平移到外面来的这4个体；顺序是先划分中间环体，其次划分上体、下体，最后划分中间包含轴和桨叶的几何体；（这时可以把静区域部分的几何体给隐藏起来）
26. 划分中间环体时，先对横截面的边做edge边划分，设定比如interval count为2~4；然后以map的方式进行体划分，设定比如interval size为2~10，是否合适可以利用网格单元检查来判断，选中summary或check按钮；
27. 划分上体时，也是先对横截面的边做edge边划分，这里的边长（除了中间环体的横截面的边长之外的长度）为125-12.5*2=100，所以，直线边划分为interval count-20左右；两段半圆弧边划分为interval count-7~10左右，为了在厚度方向上分层的方便，对厚度方向的两条短边也要做一次edge边划分；然后依次对包含上述两段直线边和一段圆弧边的两个半圆面做pave面划分，设定比如interval size为4~6；最后对包含上述半圆面的两个半圆体分别做cooper体划分，注意要分别划分，因为cooper这种体网格划分方式要求指定源面，不分别划分的话，会报错找不到相应的源面
28. 划分下体时，思路和划分上体相同——也是先edge mesh切割底面的边，再pave包含这条边的两个半圆面，最后cooper划分这两个半圆柱体；（关于pave划分面时，报错关于边的划分份数是奇数还是偶数的问题，这个可以事先检查一下半圆弧边的划分份数是奇数还是偶数，若其为偶，则两条直边和一条半圆弧边的划分份数也要为偶数；否则同为奇数。最简单的方法就是，报错一次，在原有的基础上对划分的份数进行加减1处理）
29. 划分包含轴和桨叶的这个几何体时，先对桨叶横截面厚度方向的所有短边做edge边划分，划分时interval count大约取2~4；然后对桨叶的所有面做map划分，划分时interval size大约取4~8；最后进行体划分，比较简单的方法就是直接用Tgrid方式划分，或者还可以利用Sizing Functions对网格进行优化；
接下来要对该部分的网格划分工作做一下检查，检查的指标为：尖角倾斜度equiangle skew<0.9，最好是equiangle skew<0.85；
30. 以上是对动区域部分的网格划分，接下来是对静区域部分的网格划分，也是先划分上体、下体、内环体和外环体；
31. 划分静区域的上体时，也是先划分4条垂直的边，并记住划分的interval count，以便以后划分内环体时使用;划完边，然后以pave方式的划分该几何体的两个下底面；划完面，再以cooper的方式的划分构成上体的这两个半圆柱体；（cooper方式划分体时，要求先划分面，一般采用pave方式划分该面，完了以后它自动选择源面进行一层一层的逐次划分；所划分的结果在原有的面划分基础之上）
32. 划分静区域的下体时，方法与上述一致；但要注意划分面时，应该划分这两个几何体的上表面，也即和动区域交界部分的那两个表面，否则用cooper方式划分体时老是报错为：volume.X could not be meshed with a scheme of Cooper because the previously meshed edges on one of the faces is unacceptable.
33. 划分内环体时很关键，先是把10条垂直的边（4块挡板各有2条，另外2条是2等分切割时产生的）划分成和中心的5段垂直的边份数相同；再划分圆弧部分（包括2个挡板的1/2厚度、2个圆弧和1个挡板的全厚度），所划分的份数也要和里面的半圆弧的划分份数相同，只有这样，才可以用map的方式划分体；（如果忘记了里面的半圆弧的划分份数，可以利用edge mesh summary来查询）
34. 划分外环体时，由于是4等分的4段圆弧，遵循和划分内环体一样的方式划分各段圆弧边，还要划分8条垂直的边（4块挡板各有2条）和沿环体厚度方向的各边以控制划分的层数，最后用submap的方式划分体；（不知道为什么不能用Map方式进行划分，老是报错为A logical cube for meshing was not able to be found）
当这一切都划分完毕之后，进行边界条件的定义；
• 边界条件的类型（Boundary Types）：
ƒ桨叶表面（Impeller faces）——wall;
ƒ轴的表面（Shaft faces）——wall；（包括动区域和静区域内的轴段）
→ Moving Zone shaft and Stationary Zone shaft separate zones
ƒ 10组交界面（moving interface and stationary interface）——interface；
ƒ 筒体的底面和外圆柱面（Tank sides and bottom）——walls；
ƒ 筒体的上表面（Tank top）——symmetry；
ƒ 挡板（Baffles ）——walls；
• 流体区域的类型（Continuum Types）
ƒ 动区域（Moving Fluid Zone）——Fluid；
ƒ 静区域（Stationary Fluid Zone）——Fluid；
35. 把动区域部分平移回静区域里，合二为一，保存文件，输出网格文件；
Fluent中的设置：
36. 先是基本设置，file-read-case，打开后缀名为.msh的文件；再grid-check；grid-scale，选中单位为mm，change length unit，scale；define-unit，把角速度angluar velocity的单位设置为rpm;
37. Define-models-solver，选中绝对速度，因为采用MRF法，所以时间项采用稳态；
38. Define-models-viscous(turbulence)，选中k-e项，壁面函数选中；
39. Define-materials/operating conditions/boundary conditions；这里的重点是设置边界条件
图1. 在动区域里对桨叶的设置

图2.在动区域里对轴的设置

图3.在静区域里对轴的设置

图4.对动区域里的流体的设置

图5.对静区域里的流体的设置
40. 如何设置导出初始值？先用MRF方法计算稳态的流动场，把计算得到的结果作为下一步采用SG方法的初始值，操作为file-interpolate-write data;
41. 如何设置示踪剂？先激活物质输运面板 define-models-species-transport&reaction;

然后再定义一种新物质也即示踪剂kcl的物理属性define-materials；具体操作在materials面板上打开fluent database materials面板，两次copy液态水（因为液态水的物性参数和kcl的差不多），在第二次copy时可以重命名为kcl;注意组分多的在下面，故水在下面；

42. Adapt-region，选中sphere，定义x、y、z；values取一个合适的值，然后mark一下，看有多少单元；定义好里面的之后，再定义外面的；
43. 在initiate里选中patch；然后可以在display-contours里显示一下：species和mass fraction of kcl；前面要定义物质kcl，这个定义要搞明白；