ANSYS CFD网格划分技术指南

在CFD应用过程中，网格的好坏直接影响了求解计算收敛性以及计算精度，而在仿真计算流程中，网格处理工作消耗了大部分的人工处理时间。网格生成工作除生成网格外，还包括几何模型的导入清理、网格尺寸参数的细微调整、低质量网格的编辑处理等。

ANSYS CFD软件族包含前处理模块（ICEM CFD、Mesh以及Fluent Meshing）、求解器（ANSYS Fluent及ANSYS CFX）以及后处理模块（CFD-POST），这些模块相互合作，为工程中的CFD仿真工作提供了极大的便利。对于前处理来说，ICEM CFD除了提供常规的自动非结构网格生成功能外，还提供了独特的Block六面体网格生成方式，特别适用于CFD网格生成；Mesh模块的操作简单，功能齐全，在吸收了众多网格生成算法之后，该模块功能日益强大；Fluent Meshing的前身是著名的非结构生成软件Tgrid，早期作为Fluent软件的御用网格生成器，其功能之强大有目共睹。

本书以ANSYS CFD系列软件为媒介，描述了利用ANSYS系列软件从几何建模到网格划分的完整流程。

（1）本书内容

本书共分5章，第1章从流体计算域及计算网格入手，介绍了场景的流体计算域形式、网格类型及网格质量度量指标；第2章以SCDM模块为目标，详细描述了SCDM的建模及几何清理方法；第3章描述了ANSYS Mesh模块网格划分思路及常用的网格生成方法；第4章描述ANSYS ICEM CFD的两种网格生成思路；第5章主要描述Fluent Meshing网格生成思路及基本流程。本书章节之间联系较少，读者可以根据自身需要进行选择。

（2）本书面向的读者

CFD工程应用人员。对于工程人员，本书可作为工具书，通过本书的学习，可以提高从业人员的CFD模型前处理能力，提高软件应用效率。

对CFD感兴趣的初学者。对于初学者，阅读本书可以理解CFD前处理的一些基本概念及基本流程，这对于CFD的工程应用来讲非常重要。

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编著者

本书以ANSYS CFD系列软件为媒介，介绍了利用ANSYS系列软件从几何建模到网格划分的完整流程。全书共分5章，第1章从流体计算域及计算网格入手，介绍了场景的流体计算域形式、网格类型及网格质量度量指标；第2章以SCDM模块为目标，详细描述了SCDM的建模及几何清理方法；第3章描述了ANSYS Mesh模块网格划分思路及常用的网格生成方法；第4章描述ANSYS ICEM CFD的两种网格生成思路；第5章主要描述Fluent Meshing网格生成思路及基本流程。本书可供CFD工程应用人员及相关专业师生阅读参考。

胡坤，西南石油大学机电工程学院，硕导，过程装备与控制工程教研室主任，主要从事多相流理论研究及过程装备研发教学工作，拥有10年ANSYS CFD软件应用经验，熟悉ANSYS CFD软件仿真流程定制及二次开发。曾用网名“流沙CAE”，独立运营同名新浪博客“流沙CAE”以及原创微信公众号“CFD之道”，聚焦于CFD发展及应用资讯、CFD理论解析、CFD软件应用技巧、CFD相关案例解析以及CFD编程定制等原创内容的分享，广受3万余专业粉丝的高度认可。

第1章流体计算网格基础001

1.1计算域模型/  001

1.1.1内流计算域 /  002

1.1.2外流计算域 /  002

1.1.3混合计算域 /  002

1.2计算域生成方法  /  003

1.2.1直接建模 /  003

1.2.2几何抽取 /  003

1.3计算域简化  /  003

1.4多区域计算模型  /  004

1.4.1Interface /  004

1.4.2Interior /  005

1.5流体网格基础概念  /  005

1.5.1网格术语 /  005

1.5.2网格形状 /  006

1.5.3结构网格与非结构网格 /  006

1.6网格的度量  /  007

1.6.1网格数量 /  007

1.6.2网格质量 /  007

第2章SpaceClaim前处理009

2.1SpaceClaim操作界面  /  009

2.1.1SCDM模块启动 /  009

2.1.2Units设置 /  009

2.1.3操作界面 /  010

2.1.4SCDM鼠标手势 /  012

2.1.5SCDM快捷键 /  013

2.2SpaceClaim几何操作流程  /  014

2.2.1外部几何模型导入 /  014

2.2.2几何对象的选择 /  014

2.2.3图形窗口操作 /  014

2.3图形操作模式  /  016

2.4草图创建  /  016

2.4.1草绘平面操作 /  016

2.4.2草图绘制 /  017

2.4.3尺寸 /  021

2.4.4草绘微型工具栏 /  023

2.5拉动工具  /  024

2.5.1创建和编辑实体 /  024

2.5.2偏置或拉伸表面 /  025

2.5.3延伸或拉伸曲面边 /  026

2.5.4边圆角化 /  027

2.5.5边倒角 /  029

2.5.6拉伸边 /  029

2.5.7旋转边 /  029

2.5.8旋转表面 /  030

2.5.9旋转边 /  031

2.5.10旋转螺旋 /  032

2.5.11扫掠表面 /  032

2.5.12表面拔模 /  033

2.5.13缩放 /  034

2.6编辑  /  034

2.6.1移动 /  034

2.6.2在二维模式中移动 /  035

2.6.3创建阵列 /  036

2.6.4分解装配体 /  038

2.6.5填充 /  038

2.6.6替换 /  040

2.7相交  /  041

2.7.1组合 /  041

2.7.2分割 /  042

2.7.3分割实体 /  043

2.7.4分割曲面 /  043

2.7.5从实体中去除材料 /  044

2.7.6拆分实体 /  044

2.7.7分割表面 /  045

2.7.8投影到实体 /  046

2.8几何面修补  /  047

2.8.1拼接（Stitch）工具 /  047

2.8.2间距（Gaps）工具 /  048

2.8.3缺失的面（Miss Face）工具 /  048

2.8.4合并表面（Merge Faces）工具 /  049

2.9流体计算域创建  /  050

2.9.1体积抽取 /  050

2.9.2外壳（Enclosure）工具 /  050

2.10共享拓扑  /  051

2.11几何模型导出  /  052

2.11.1导出至ANSYS Mesh /  052

2.11.2导出至Fluent Meshing /  053

2.12【案例】01：几何建模  /  053

2.13【案例】02：外流场计算域创建  /  057

2.14【案例】03：内流场计算域创建  /  060

第3章ANSYS Mesh应用062

3.1ANSYS Mesh软件  /  062

3.1.1ANSYS Mesh启动 /  062

3.1.2ANSYS Mesh界面 /  063

3.1.3网格生成流程 /  063

3.2网格质量评价  /  065

3.2.1Element Quality /  066

3.2.2Aspect Ratio /  067

3.2.3Parallel Deviation /  068

3.2.4Maximum Corner Angle /  068

3.2.5Skewness /  068

3.2.6Orthogonal Quality /  069

3.3全局网格控制  /  069

3.3.1Display /  069

3.3.2Defaults /  070

3.3.3Sizing /  073

3.3.4Quality /  075

3.3.5Inflation /  076

3.3.6Assembly Meshing /  079

3.3.7Advanced /  081

3.4局部网格控制  /  081

3.4.1Method /  082

3.4.2Sizing /  089

3.4.3Face Meshing /  091

3.4.4Match Control /  094

3.4.5Pinch /  095

3.4.6Inflation方法 /  096

3.5【案例】01：T形管的扫掠网格划分  /  097

3.5.1案例介绍 /  097

3.5.2启动Meshing /  098

3.5.3几何 /  098

3.5.4进入Mesh /  099

3.5.5设置默认网格 /  099

3.5.6创建边界命名 /  100

3.5.7创建边界层 /  101

3.5.8Mesh质量查看 /  102

3.6【案例】02：网格方法比较  /  102

3.6.1创建工程 /  102

3.6.2设置单位 /  103

3.6.3创建边界命名 /  103

3.6.4设置全局网格参数 /  103

3.6.5创建Inflation /  104

3.6.6生成网格 /  105

3.6.7Tet Patch Independent /  105

3.6.8MultiZone /  105

3.6.9CutCell /  107

3.7【案例】03：扫掠网格  /  108

3.7.1几何模型 /  108

3.7.2切分几何 /  109

3.7.3划分网格 /  111

3.7.4添加边界层 /  112

3.8【案例】04：全局参数  /  113

3.8.1开启工程 /  113

3.8.2设置单位 /  113

3.8.3创建边界命名 /  113

3.8.4设置全局参数I /  115

3.8.5预览网格 /  116

3.8.6Curvature /  116

3.8.7修改参数 /  117

3.8.8Inflation /  118

3.9【案例】05：局部参数  /  118

3.9.1参数优先级 /  118

3.9.2案例描述 /  119

3.9.3网格划分 /  119

3.10【案例】06：搅拌器网格划分  /  127

3.10.1创建工程 /  127

3.10.2设置全局参数 /  128

3.10.3生成网格 /  128

3.10.4模型分析 /  129

3.10.5拆分几何 /  130

3.10.6指定局部尺寸 /  131

3.10.7生成网格 /  132

第4章ICEM CFD网格生成134

4.1 ICEM CFD基本介绍  /  134

4.1.1ICEM CFD主要特点 /  134

4.1.2ICEM CFD中的文件类型 /  135

4.1.3ICEM CFD操作界面 /  135

4.1.4ICEM CFD操作键 /  141

4.1.5ICEM CFD的启动 /  141

4.2ICEM CFD网格划分基本流程  /  142

4.3ICEM CFD自由网格生成  /  143

4.3.1全局网格参数设置 /  144

4.3.2Part网格设置 /  151

4.3.3面网格参数设置 /  154

4.3.4线网格参数设置 /  154

4.3.5密度盒 /  154

4.3.6网格生成 /  156

4.4Block网格生成  /  156

4.4.1Block基本概念 /  156

4.4.2Block的层次结构 /  157

4.4.3初始块的创建 /  157

4.4.4块的关联操作 /  160

4.4.5自顶向下构建块 /  164

4.4.6常规切分 /  164

4.4.7O形切分 /  165

4.4.8Y形切分 /  174

4.5自底向上构建块  /  177

4.5.1From Vertices/Faces /  177

4.5.2Extrude Faces /  179

4.5.3由2D块形成3D块 /  180

4.5.4【实例4-1】弹簧网格划分 /  181

4.6常见分块策略  /  183

4.7块变换操作  /  189

4.7.1块平移 /  189

4.7.2块旋转 /  189

4.7.3块镜像 /  190

4.7.4块缩放 /  190

4.7.5周期块复制 /  190

4.7.6【实例4-2】块平移操作 /  190

4.7.7【实例4-3】块旋转操作 /  194

4.8【实例4-4】分叉管网格划分  /  201

4.9【实例4-5】外流场边界层网格  /  204

4.10【实例4-6】排烟风道网格划分  /  207

4.11【实例4-7】分支管非结构网格划分  /  212

4.12【实例4-8】活塞阀装配体网格划分  /  215

第5章Fluent Meshing应用219

5.1Fluent基本介绍  /  219

5.1.1导入网格基本工作流程 /  219

5.1.2单个CAD文件导入流程 /  220

5.1.3多个CAD文件同时导入 /  220

5.1.4使用Fluent Meshing /  220

5.2Fluent Meshing的软件特点  /  221

5.2.1Fluent Meshing中应用的一些技术 /  221

5.2.2Fluent Meshing支持的一些网格类型 /  222

5.2.3网格划分灵活性 /  224

5.3模型导入  /  224

5.3.1读入模型 /  224

5.3.2CAD中处理几何 /  225

5.3.3利用ANSYS Meshing导出面网格 /  226

5.3.4导入CAD几何 /  226

5.4尺寸控制  /  228

5.4.1尺寸功能类型 /  229

5.4.2指定Size Function及Scoped Sizing /  235

5.5面网格重构  /  236

5.5.1利用Size Function重构全局网格 /  237

5.5.2图形中选择网格单元进行局部重构 /  238

5.5.3图形中选择面域进行局部重构 /  239

5.5.4通过GUI面板进行面域重构 /  240

5.5.5重构所有的模型 /  240

5.5.6Join/Intersect处理 /