Fluent学习向导cz.doc
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1、1. 基本几何结构的创建和网格化本章介绍了GAMBIT中一个简单几何体的创建和网格的生成。在本章中将学习到:l 启动GAMBITl 使用Operation工具箱l 创建一个方体和一个椭圆柱体l 整合两个几何体l 模型显示的操作l 网格化几何体l 检查网格的品质l 保存任务和退出GAMBIT1.1 前提在学习本章之前,认为用户还没有GAMBIT的使用经验,不过,已经学习过前一章“本指南的使用”,并且熟悉GAMBIT界面以及本指南中所使用的规约。1.2 问题描述本模型由两个相交的方体和椭圆柱体构成,其基本图形形状如图1-1所示。图1-1:问题说明1.3 策略本章介绍使用GAMBIT生成网格的基本操
2、作,特别地,将介绍:l 如何使用“top-down”固体建模方法来方便地创建几何体l 如何自动生成六面体网格“top-down”方法的意思是用户可以通过生成几何体(如方体、柱体等)来创建几何结构,然后,对它们进行布尔操作(如整合、剪除等),以这种方式,用户不用首先去创建作为基础的点、边和面,就可以快速创建出复杂的几何形体。一旦创建出一个有效的几何模型,网格就可以直接并且自动地(很多情况下)生成。在本例子中,将采用Cooper网格化算法来自动生成非结构化的六面体网格。更复杂的几何结构在生成网格之前可能还需要进行手工分解,这将在后面进行介绍。本章的学习步骤如下:l 创建两个几何体(一个方体和一个椭
3、圆柱体)l 整合两个几何体l 自动生成网格l 检查网格的品质为了使本章的介绍尽量简短,一些必要的步骤被省略了:l 调节几何体单边上节点的分布l 设置连续介质类型(例如,标识哪些网格区是流体,哪些网格区是固体)和边界类型这些方面的详细内容,也包括其他方面,在随后的章节将涉及到。1.4 步骤输入gambit -id basgeom 启动GAMBIT。这就打开了GAMBIT的图形用户界面(GUI)(图1-2)。GAMBIT把设定的名称(本例子中为basgeom)作为她将创建的所有文件的词头,如:basgeom.jou。图1-2:GAMBIT图形用户界面(GUI)第1步 创建一个方体1. 创建一个方体
4、的步骤如下:a) 在Operation工具箱中(位于GAMBIT GUI右上角),选择GEOMETRY命令按钮,如果Geometry的工具箱没有出现,再用鼠标左击GEOMETRY命令按钮。当鼠标光标指到命令按钮上时,按钮的名字就会出现在GAMBIT GUI底部的Description窗口中。当Geometry命令按钮被选中时,它就会凹下去。选中GEOMETRY命令按钮就打开GEOMETRY的工具箱。注意,第一次启动GAMBIT时,GEOMETRY命令按钮被缺省选中。b) 在GEOMETRY工具箱中用鼠标左键选中VOLUME命令按钮。同样,如果选中了。命令按钮会凹下去。选中此命令就打开Geome
5、try/Volume工具箱。c) 用鼠标左键在Geometry/Volume工具箱中选择CREATE VOLUME命令按钮。打开Create Real Brick对话框上面选择命令按钮的步骤可以简化描述如下:GEOMETRY - VOLUME - CREATE VOLUME 在本章后面和后面各章节对命令按钮的选择都将采用如上形式。d) 左键点击Create Real Brick对话框中Width右边的文本框,输入值10,代表方体的长Width。e) 使用Tab键将焦点移到Depth文本框,输入6,代表方体的宽Depth。Height文本框可以保留空白,GAMBIT将缺省地把它的值设为Width
6、的值。f) 从Direction右边的选项菜单中选择Centered。.在Direction右边的选择按钮上按下鼠标左键,直到选项菜单出现。.从列表中选择Centered。.点击Apply按钮。在GAMBIT GUI左下方的Transcript窗口中出现一条信息,显示表明一个名叫volume.1的几何体被创建起来了。这个几何体在图形窗口中如图1-3所示。图1-3:矩形方体(侧视图)如果在几何体创建过程中出现了错误,可以用UNDO命令按钮撤销多步创建过程的操作。在这里,只执行了一步操作,所以只能撤销一步操作。第2步 创建一个椭圆柱体1. 创建一个椭圆柱体a) 当光标位于CREATE VOLUME
7、命令按钮上时,按下鼠标右键。b) 从弹出菜单中选择CREATE REAL CYLINDER选项。!CREATE REAL CYLINDER是当鼠标指到菜单项时显示在Description窗口中的文本。打开Create Real Cylinder对话框。上述步骤可以简化成如下形式:GEOMETRY - VOLUME - CREATE VOLUME RR表示用鼠标右键进行选择。c) 在对话框的Height文本框中输入10。d) 在Radius 1文本框中输入3。e) 在Radius 2文本框中输入6。f) 保留Axis Location的缺省设置Positive Z。g) 点击Apply按钮。此时
8、,形成的方体和椭圆柱体如图1-4所示。图1-4:方体和椭圆柱体第3步 整合两个几何体1. 把方体和椭圆柱体整合成一个几何结构GEOMETRY - VOLUME - BOOLEAN OPERATIONS 打开Unite Real Volumes对话框。注意,Unite Real Volumes对话框最上面的Volumes列表框是黄色的,这表明此时它处于激活状态,所以此时选择的任何几何体都将被输入到此框中。a) 按下Shift键,用鼠标左键在图形窗口中点击方体的任何一边;!当用鼠标左键在图形窗口中选择几何体时,Shift键必须一直保持按下,以后,这个操作就用Shift-left-click表示。这
9、时,图形窗口中的方体变成红色,它的名称(volume.1)也出现在Unite Real Volumes对话框中的Volumes列表框中。b) Shift-left-click图形窗口中的椭圆柱体。c) 点击Apply按钮,接受选择,并整合方体和椭圆柱体。!作为选择,还可以在按下Shift键的同时,用鼠标右键在图形窗口中连续选择几何体,这种方法允许快速接受选择,并且在鼠标移动小的情况下完成操作。!同样,在用鼠标右键进行选择时,Shift键也必须一直保持按下,此操作可用Shift-right-click表示。整合后的几何体如图1-5所示。在图形窗口中按下鼠标左键,并拖动鼠标,就可以旋转图形。关于图
10、形显示操作的更多信息将在下一步介绍。图1-5:整合成一个几何体的方体和椭圆柱体第4步 图形显示的操作1. 在图形窗口中按下鼠标右键,并拖动鼠标,就可以放大当前视图2. 在图形窗口中按下鼠标右键,并左右移动鼠标,就可以使视图围绕屏幕中心旋转3. 按下鼠标左键,并移动鼠标,可以以自由形式旋转视图4. 按下鼠标中键,并移动鼠标,可以平移视图5. 在Global Control工具箱中选择SELECT PRESET CONFIGURATION命令按钮,可以把图形窗口分为四等分GAMBIT将图形窗口分为四等分,在每一等分中以不同方位显示模型。图形窗口中的每一个视图都可以独立操作,模型的任何改变在图形窗口
11、的每一部分都会有显示,除非使某一部分或几部分失效。6. 恢复模型的单显示a) 用鼠标左键在图形窗口中选中位于屏幕中心的灰色小块b) 拖动该小块到图形窗口的右下角7. 点击Global Control工具箱中的ORIENT MODEL命令按钮,恢复模型的前视图。8. 点击Global Control工具箱中的FIT TO WINDOW命令按钮,调整模型大小以适合图形窗口显示。图16:GAMBIT GUI四象限图形窗口第5步 网格划分1. 对几何体进行网格划分MESH - VOLUME - MESH VOLUMES 打开Mesh Volumes对话框。a) 在图形窗口中Shift-left-cli
12、ck几何体。GAMBIT将自动选择Cooper格式作为网格化工具,并且缺省设置Spacing下的Interval size为1。关于Cooper网格化工具的更详细内容参见GAMBIT Modeling Guid第三章。b) 点击Mesh Volumes窗口底部Apply按钮。接受所选几何体作为网格化几何体,接受GAMBIT为Cooper网格化方法选择的源面(该面的原始网格划分被用来扫描整个容积来生成容积单元),并且开始进行网格化。在GAMBIT GUI上方会出现一个状态条,显示网格化的完成进度。网格化后的几何体如图1-7所示。图1-7:网格化几何体第6步 网格检查生成网格的品质检查是很重要的,
13、因为像失真这样的性质会严重影响到CFD计算的准确性和健壮性。GAMBIT提供了几种品质分析手段(有时叫做metrics),可以用来评价网格的品质。例如,在诸如EquiAngle Deviation和EquiVolume Deviation这样的失真分析中,值越小越好。落实网格系统中所有单元的面积/体积都为正也是很重要的。用户可以参阅CFD解算器中关于网格品质指标的文献。1. 在Global Control工具箱选择EXAMINE MESH命令按钮。打开Examine Mesh对话框。a) 在Examine Mesh对话框顶部Display Type下选中Range。在对话框的底部将出现一个直方
14、图。直方图是由代表关于具体品质类型(Quality Type)的网格单元的统计分布的条形图构成的。直方图中每一个竖条对应唯一的高品质和低品质。3D Element类型缺省设置为方体。b) 在Quality Type选项菜单中选择EquiAngle Skew。c) 在直方图中点击一绿色的竖条,观察该品质范围内的单元每一个单元都有一个位于0到1之间的失真值。0代表理想单元。直方图分为10条,每一条代表失真值的0.1增量。对一个好的网格系统,直方图左边的条图大,而右边的条图小。图1-8显示的是点击直方图中从左边数起第5个条图后的视图(代表失真值在0.4和0.5之间的网格)图1-8:在一个具体品质范围
15、内的网格单元d) 移动直方图下的Upper和Lower滑块,重新定义显示的网格品质范围。第七步 保存任务并退出GAMBIT1. 保存GAMBIT任务并退出GAMBITFile- ExitGAMBIT会问是否希望在退出前保存当前任务点击Yes按钮,保存当前任务,并退出GAMBIT。1.5 小结本章通过使用“top-down”建模方法展示了怎样创建简单的3-D几何体,并对GAMBIT进行了粗略介绍。进而介绍了采用Cooper方法自动生成非结构化的六面体网格。关于Cooper方法的更多信息,参考GAMBIT Modeling Guide。2.建一个混合弯管模型(2D)在本章中,将学习使用GAMBIT
16、来创建一个混合弯管的几何结构并生成网格。混合弯管在动力厂和加工工业中经常会遇到。为了正确设计入口,预测弯曲部分邻域的流场和温度场是很重要的。在本章中将学到:l 怎样用栅格系统来确定节点l 怎样使用曲率中心和端点来创建圆弧l 怎样在节点之间创建直边l 怎样使用顶点分割圆弧l 怎样由边创建面l 怎样确定边上节点的分布l 怎样在面上生成结构化网格l 怎样设置边界类型l 怎样将网格读入FLUENT 4l 怎样导出网格2.1 前提学习本章之前假设已经学习了第一章并且熟悉GAMBIT界面。2.2 问题描述本问题如图2-1所示,冷流体从大管进入,热流体从小管进入,两种流体在弯曲部位混合。图2-1:问题说明图
17、2.3 策略在本章中,将使用“bottom-up”方法(相对于第一章中的“top-down”方法)创建一个2维网格系统。“bottom-up”方法是指首先创建点,再连接点生成边,在连接边生成面(在3维系统中,再把面缝合起来生成体)。这个过程需要更多的步骤,结果,正如第一章,形成一个可以生成网格的几何结构。本章生成的网格是为了在FLUENT4中使用,所以,它必须是单块的结构化网格。然而,这种网格也可以为任何其他的FLUENT解算器使用。有时,这种类型网格又叫做映像(mapped)网格,这是因为每一个网格节点都有唯一的I、J、K索引。为了满足这个标准,必须增加一些额外的步骤,这在本章中将进行介绍。
18、组成几何结构的直边合圆弧创建后,要创建两个面:一个是主流通道面(弯管),另一个是小的入流通道面。大的面将采用Map方法生成网格,这就要求面上对应边上的网格节点数相等。同时,对小的面也将强行使用Map方法进行网格化。本章还将介绍其他几个特点:l 使用背景节点和“snap-to-grid”来快速生成节点l 使用“选择列表”作为点击鼠标选择的替代l 确定边上节点的非均匀分布l 设置边界类型l 为特殊的FLUENT解算器(这里为FLUENT4)导出网格2.4 步骤启动GAMBIT。第1步 选择解算器1. 在主菜单中选择将用来进行CFD计算的解算器Solver -FLUENT 4选择FLUENT 4作为
19、CFD计算的解算器。解算器的选择确定了在现有不同形式中的选择(如,在Specify Boundary Types对话框中的不同边界类型选择),当前选定的解算器就出现在GAMBIT GUI的顶部。第二步 创建初始节点1. 创建节点,确定混合弯管的大管的轮廓。TOOLS - COORDINATE SYSTEM - DISPLAY GRID 打开Display Grid对话框。a) 检查确定对话框中Visibility被选中。这将确保背景栅格的可见性。b) 在Axis右边选择X(缺省值)。c) 在Minimum文本框中输入-32,Maximum文本框中输入32,Increment文本框中输入16。d
20、) 点击Update List按钮。这将在x方向形成具有四格的背景栅格,并且在XY_plane X Values列表框中显示出其x方向的坐标值。e) 在Axis右边选中Y。f) 在Minimum文本框中输入-32,Maximum文本框中输入32,Increment文本框中输入16。g) 点击Update list按钮。这将在y方向形成具有四格的背景栅格,并且在XY_plane Y Values列表框中显示出其y方向的坐标值。h) 检查Options下面的Snap被选中。在这一步中生成的节点将被附着(snapped)在栅格线交点处。i) 在Grid右边选择Lines(缺省值)。 这个点将用线而不
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