ANSYS CFD網格劃分技術指南

本書以ANSYS CFD系列軟體為媒介，介紹了利用ANSYS系列軟體從幾何建模到網格劃分的完整流程。
 
全書共分5章，第1章從流體計算域及計算網格入手，介紹了場景的流體計算域形式、網格類型及網格品質度量指標；第2章以SCDM模組為目標，詳細描述了SCDM的建模及幾何清理方法；第3章描述了ANSYS Mesh模組網格劃分思路及常用的網格生成方法；第4章描述ANSYS ICEM CFD的兩種網格生成思路；第5章主要描述Fluent Meshing網格生成思路及基本流程。

本書可供CFD工程應用人員及相關專業師生閱讀參考。

第1章流體計算網格基礎001
1.1計算域模型/ 001
1.1.1內流計算域 / 002
1.1.2外流計算域 / 002
1.1.3混合計算域 / 002
1.2計算域生成方法 / 003
1.2.1直接建模 / 003
1.2.2幾何抽取 / 003
1.3計算域簡化 / 003
1.4多區域計算模型 / 004
1.4.1Interface / 004
1.4.2Interior / 005
1.5流體網格基礎概念 / 005
1.5.1網格術語 / 005
1.5.2網格形狀 / 006
1.5.3結構網格與非結構網格 / 006
1.6網格的度量 / 007
1.6.1網格數量 / 007
1.6.2網格品質 / 007

第2章SpaceClaim前處理009
2.1SpaceClaim操作介面 / 009
2.1.1SCDM模組啟動 / 009
2.1.2Units設置 / 009
2.1.3操作介面 / 010
2.1.4SCDM滑鼠手勢 / 012
2.1.5SCDM快速鍵 / 013
2.2SpaceClaim幾何操作流程 / 014
2.2.1外部幾何模型導入 / 014
2.2.2幾何物件的選擇 / 014
2.2.3圖形視窗操作 / 014
2.3圖形操作模式 / 016
2.4草圖創建 / 016
2.4.1草繪平面操作 / 016
2.4.2草圖繪製 / 017
2.4.3尺寸 / 021
2.4.4草繪微型工具列 / 023
2.5拉動工具 / 024
2.5.1創建和編輯實體 / 024
2.5.2偏置或拉伸表面 / 025
2.5.3延伸或拉伸曲面邊 / 026
2.5.4邊圓角化 / 027
2.5.5邊倒角 / 029
2.5.6拉伸邊 / 029
2.5.7旋轉邊 / 029
2.5.8旋轉表面 / 030
2.5.9旋轉邊 / 031
2.5.10旋轉螺旋 / 032
2.5.11掃掠表面 / 032
2.5.12表面拔模 / 033
2.5.13縮放 / 034
2.6編輯 / 034
2.6.1移動 / 034
2.6.2在二維模式中移動 / 035
2.6.3創建陣列 / 036
2.6.4分解裝配體 / 038
2.6.5填充 / 038
2.6.6替換 / 040
2.7相交 / 041
2.7.1組合 / 041
2.7.2分割 / 042
2.7.3分割實體 / 043
2.7.4分割曲面 / 043
2.7.5從實體中去除材料 / 044
2.7.6拆分實體 / 044
2.7.7分割表面 / 045
2.7.8投影到實體 / 046
2.8幾何面修補 / 047
2.8.1拼接（Stitch）工具 / 047
2.8.2間距（Gaps）工具 / 048
2.8.3缺失的面（Miss Face）工具 / 048
2.8.4合併表面（Merge Faces）工具 / 049
2.9流體計算域創建 / 050
2.9.1體積抽取 / 050
2.9.2外殼（Enclosure）工具 / 050
2.10共用拓撲 / 051
2.11幾何模型匯出 / 052
2.11.1匯出至ANSYS Mesh / 052
2.11.2匯出至Fluent Meshing / 053
2.12【案例】01：幾何建模 / 053
2.13【案例】02：外流場計算域創建 / 057
2.14【案例】03：內流場計算域創建 / 060

第3章ANSYS Mesh應用062
3.1ANSYS Mesh軟體 / 062
3.1.1ANSYS Mesh啟動 / 062
3.1.2ANSYS Mesh介面 / 063
3.1.3網格生成流程 / 063
3.2網格品質評價 / 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全域網格控制 / 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局部網格控制 / 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形管的掃掠網格劃分 / 097
3.5.1案例介紹 / 097
3.5.2啟動Meshing / 098
3.5.3幾何 / 098
3.5.4進入Mesh / 099
3.5.5設置默認網格 / 099
3.5.6創建邊界命名 / 100
3.5.7創建邊界層 / 101
3.5.8Mesh品質查看 / 102
3.6【案例】02：網格方法比較 / 102
3.6.1創建工程 / 102
3.6.2設置單位 / 103
3.6.3創建邊界命名 / 103
3.6.4設置全域網格參數 / 103
3.6.5創建Inflation / 104
3.6.6生成網格 / 105
3.6.7Tet Patch Independent / 105
3.6.8MultiZone / 105
3.6.9CutCell / 107
3.7【案例】03：掃掠網格 / 108
3.7.1幾何模型 / 108
3.7.2切分幾何 / 109
3.7.3劃分網格 / 111
3.7.4添加邊界層 / 112
3.8【案例】04：全域參數 / 113
3.8.1開啟工程 / 113
3.8.2設置單位 / 113
3.8.3創建邊界命名 / 113
3.8.4設置全域參數I / 115
3.8.5預覽網格 / 116
3.8.6Curvature / 116
3.8.7修改參數 / 117
3.8.8Inflation / 118
3.9【案例】05：局部參數 / 118
3.9.1參數優先順序 / 118
3.9.2案例描述 / 119
3.9.3網格劃分 / 119
3.10【案例】06：攪拌器網格劃分 / 127
3.10.1創建工程 / 127
3.10.2設置全域參數 / 128
3.10.3生成網格 / 128
3.10.4模型分析 / 129
3.10.5拆分幾何 / 130
3.10.6指定局部尺寸 / 131
3.10.7生成網格 / 132

第4章ICEM CFD網格生成134
4.1 ICEM CFD基本介紹 / 134
4.1.1ICEM CFD主要特點 / 134
4.1.2ICEM CFD中的檔案類型 / 135
4.1.3ICEM CFD操作介面 / 135
4.1.4ICEM CFD操作鍵 / 141
4.1.5ICEM CFD的啟動 / 141
4.2ICEM CFD網格劃分基本流程 / 142
4.3ICEM CFD自由網格生成 / 143
4.3.1全域網格參數設置 / 144
4.3.2Part網格設置 / 151
4.3.3面網格參數設置 / 154
4.3.4線網格參數設置 / 154
4.3.5密度盒 / 154
4.3.6網格生成 / 156
4.4Block網格生成 / 156
4.4.1Block基本概念 / 156
4.4.2Block的層次結構 / 157
4.4.3初始塊的創建 / 157
4.4.4塊的關聯操作 / 160
4.4.5自頂向下構建塊 / 164
4.4.6常規切分 / 164
4.4.7O形切分 / 165
4.4.8Y形切分 / 174
4.5自底向上構建塊 / 177
4.5.1From Vertices/Faces / 177
4.5.2Extrude Faces / 179
4.5.3由2D塊形成3D塊 / 180
4.5.4【實例4-1】彈簧網格劃分 / 181
4.6常見分塊策略 / 183
4.7塊變換操作 / 189
4.7.1塊平移 / 189
4.7.2塊旋轉 / 189
4.7.3塊鏡像 / 190
4.7.4塊縮放 / 190
4.7.5週期塊複製 / 190
4.7.6【實例4-2】塊平移操作 / 190
4.7.7【實例4-3】塊旋轉操作 / 194
4.8【實例4-4】分叉管網格劃分 / 201
4.9【實例4-5】外流場邊界層網格 / 204
4.10【實例4-6】排煙風道網格劃分 / 207
4.11【實例4-7】分支管非結構網格劃分 / 212
4.12【實例4-8】活塞閥裝配體網格劃分 / 215

第5章Fluent Meshing應用219
5.1Fluent基本介紹 / 219
5.1.1導入網格基本工作流程 / 219
5.1.2單個CAD檔導入流程 / 220
5.1.3多個CAD檔同時導入 / 220
5.1.4使用Fluent Meshing / 220
5.2Fluent Meshing的軟體特點 / 221
5.2.1Fluent Meshing中應用的一些技術 / 221
5.2.2Fluent Meshing支持的一些網格類型 / 222
5.2.3網格劃分靈活性 / 224
5.3模型導入 / 224
5.3.1讀入模型 / 224
5.3.2CAD中處理幾何 / 225
5.3.3利用ANSYS Meshing匯出面網格 / 226
5.3.4導入CAD幾何 / 226
5.4尺寸控制 / 228
5.4.1尺寸功能類型 / 229
5.4.2指定Size Function及Scoped Sizing / 235
5.5面網格重構 / 236
5.5.1利用Size Function重構全域網格 / 237
5.5.2圖形中選擇網格單元進行局部重構 / 238
5.5.3圖形中選擇面域進行局部重構 / 239
5.5.4通過GUI面板進行面域重構 / 240
5.5.5重構所有的模型 / 240
5.5.6Join/Intersect處理 / 240
5.6面網格修補 / 244
5.6.1自由面網格 / 244
5.6.2多重邊 / 244
5.6.3修復面網格問題 / 246
5.6.4對象診斷 / 246
5.6.5常用的面網格診斷工具 / 246
5.6.6網格品質診斷 / 249
5.6.7快速鍵 / 251
5.7【案例】01：基本流程 / 252
5.7.1導入網格 / 252
5.7.2創建面網格 / 254
5.7.3網格修補 / 255
5.7.4創建體網格 / 256
5.7.5查看剖面網格 / 257
5.7.6準備計算網格 / 257
5.8【案例】02：汽車排氣歧管 / 260
5.8.1啟動Fluent Meshing / 260
5.8.2導入幾何 / 260
5.8.3顯示幾何 / 261
5.8.4分割幾何面 / 261
5.8.5指定網格尺寸 / 263
5.8.6面域重劃分 / 265
5.8.7重新導入幾何 / 265
5.8.8創建進出口面 / 267
5.8.9檢測網格 / 268
5.8.10創建材料點 / 269
5.8.11生成計算域 / 270
5.8.12生成體網格 / 271
5.8.13提高網格品質 / 273
5.8.14查看網格剖面 / 274
5.9【案例】03：面網格重構 / 275
5.9.1導入幾何模型 / 277
5.9.2釋放特徵並顯示 / 277
5.9.3合併幾何 / 278
5.9.4設置尺寸 / 279
5.10【案例】04：連接管網格劃分 / 282
5.10.1幾何準備 / 282
5.10.2創建網格尺寸 / 283
5.10.3重構網格 / 285
5.10.4封閉入口 / 285
5.10.5合併Object / 285
5.10.6連接體 / 285
5.10.7創建計算域 / 287
5.10.8重劃分進出口網格 / 287
5.10.9抽取流體域 / 288
5.10.10生成體網格 / 288

胡坤，西南石油大學機電工程學院，碩導，過程裝備與控制工程教研室主任，主要從事多相流理論研究及過程裝備研發教學工作，擁有10年ANSYS CFD軟體應用經驗，熟悉ANSYS CFD軟體模擬流程定制及二次開發。曾用網名“流沙CAE”，獨立運營同名新浪博客“流沙CAE”以及原創微信公眾號“CFD之道”，聚焦於CFD發展及應用資訊、CFD理論解析、CFD軟體應用技巧、CFD相關案例解析以及CFD程式設計定制等原創內容的分享，廣受3萬餘專業粉絲的高度認可。