会员资讯 | 案例分析：PERA SIM PreCFD软件洁净室流场网格划分

PERA SIM  PreCFD软件有丰富的CAD模型修复功能，如去特征、补洞、线面体删除等，自动识别内外流体域、标识共享面等操作，可以高效的获得高质量的流场网格。

本文以洁净室内流场网格划分为例，介绍采用PERA SIM  PreCFD进行模型简化并划分网格的流程。

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PreCFD的前处理接口可以导入多种CAD模型，本案例导入的是step格式的几何文件。

 图1.  PreCFD几何导入接口

导入的几何模型包含六个实体几何和一个零厚度面体，不同的几何体使用不同的颜色区分，图像颜色与名称颜色保持一致方便查看，如图2所示。软件在导入几何的过程中进行自动检查，当前模型在Edge目录树下显示有Double Edge和Single Edge，即六个实体几何是各自封闭的，一个面体具有开放的边。

 图2. PreCFD导入的几何模型显示

PreCFD具有多种工具可以对几何进行简化、修复，本案例的模型六个实体几何完全封闭，一个面体作为流场中的零厚度薄壁边界也不需要进行封闭操作。下面使用自动快速修复功能，创建各个几何体之间的连接关系。选择Quick Repair，勾选Stitch（stitch point/edge/surface）和Intersect（trim the intersection of two faces），默认容差数值。从图3可以看到，修复之后出现了黄色的Multiple Edges，表示多个几何体共享一个面的边，如此便建立了多个几何体之间的拓扑关系。

 图3. 自动修复后的模型

读入的几何模型默认将一个封闭体的面作为一个面组，在划分网格之前，需要将计算时用到的边界进行定义。选择边界相关的面，鼠标右键选择Move to Group，更改边界名称，定义好的边界如图4所示。

 图4. 定义边界

PreCFD的Find Volumes功能，可以基于建立的几何拓扑关系，自动寻找封闭的体积空间，用于体网格划分。

本案例中寻找到封闭体有16个，图5所示的为固体部分，需要在流场网格中去掉，选择对应的Volume，直接删除，将保留的封闭几何体重新命名，如图6。

 图5. 需要删除的封闭体积

 图6. 重命名保留的封闭体积

PreCFD可以对网格参数进行全局设置、局部设置，具有密度盒、边界层设置功能。本例中的全局尺寸函数设置面网格最大尺寸为80mm，增长率保持默认1.2，自动曲率加密角度18°，间隙加密2层；人体外表面添加局部尺寸加密，设置曲率加密角度为10°；面网格全部为三角形，如图7。

图7. 网格参数设置

可以点击Setting Check功能，以表格的形式更加直观的查看、确认和修改全局、局部以及边界层相关设置。

图8. 网格参数设置表

首先划分表面网格，选择Ribbon功能菜单中的Surface Mesh，软件基于几何拓扑和网格参数生成三角形网格。

网格划分完成后，检查面网格质量，本案例中划分的面网格数量为26000，网格质量最小值大于0.2，网格生成时间为234s。

图9. 全局面网格和局部面网格

PreCFD支持的体网格类型包含四面体、六面体、金字塔、棱柱和多面体网格，可以灵活选择。本案例划分四面体网格，无边界层，划分的体网格总数约为274万，网格质量最小值大于0.1，体网格生成时间102s。

体网格划分完成后，可以通过局部缩放或切片等功能对体网格进行查看。

 图10. 切面查看生成的体网格

PreCFD具有专业的网格质量检测标准，包括网格数量、单元体积、单元质量、长宽比、正交性、扭曲度、几何和包面偏离度。图11展示了案例面网格和体网格的质量标准，可以看到最低的网格质量大于0.1，满足流体求解器的计算要求。

 图11. 面网格和体网格质量显示

导出划分的网格文件，格式为.msh，使用PERA SIM Fluid、Fluent读取网格，可以看到软件自动识别计算域并应用为fluid类型，域与域之间的交界面自动识别为interface，域内的零厚度面识别为wall边界。

 图12. ANSYS Fluent读取网格和边界

本案例展示了使用PERA SIM  PreCFD对洁净室内流场进行网格划分的流程，可以看出软件具备全面的CAD模型修复、简化以及网格控制功能，能够生成多种类型的网格并对网格质量进行检查。

对于包含多个零件的装配体模型，PERA SIM PreCFD能够自动几何拓扑，正确识别计算域，并设置域与域之间的共享边界类型为interface；可以正确识别实体内包含的零厚度面体，并应用为wall边界。对于包含复杂曲面、狭小间隙的结构，使用自动细化方法能够获得满足计算需求的高质量网格。