GAMBIT_三维边界层画法

1、3三管相贯模型的建立本章采用“基元”进行建模，这就是说，预先定义GAMBIT建模的基元和过程o GAMBIT 包括两种类型的基元： 几何结构 网格几何结构基元是指标准形状的几何体，如方体、柱体和球体；网格基元是指基本的网格 划分格局。在本章屮，将运用儿何基元创建一个三管相贯模型，进而介绍如何将此几何体分解为四 部分并生成边界层，最后，运用网格基元对此三管相贯体进行网格划分。通过对本章的学习，将学到： 怎样通过定义维数创建几何体 怎样分割几何体 怎样使用GAMBIT 口志文件 怎样给几何体加边界层 怎样将网格读入到POLYFLOW3.1前提学习本章Z前己经学习过第一章，并且熟悉GAMBIT界而。

2、3.2问题描述本章考虑的问题如图3-1所示。该儿何体是由三根相贯的管子组成，每根管子的直径为6,长度为4。三根管子相互正交。此几何体可以由三根相贯的圆柱体和一个位于相交角处 的八分Z球体组成。图3：问题说明图3.3策略在本章屮，首先将迅速生成三管相贯的基本几何体。该几何体可以用四面体自动进行网 格划分。但是，本章的目标是为POLYFLOW生成等角的六面体网格。这就要求在网格化Z 前対儿何体进行分解。因此，本章给岀了把一个复杂几何体分解成可网格化几何体的一些典 型步骤（过程）。首先，用一个方体对三管相贯体的一部分进行分割，产生的儿何体就是一个八分Z球 体，位于三管相贯的角落，如图3-2所示。这个

3、形体，形状上与一个四面体非常近似，因此, 可以用GAMBIT屮的Tet Prmiitive方法进行网格划分。注意，这生成的是四面体拓扑的六 面体网格，不是四面体网格。图3-2：三管相贯体的分解然后，剩卜的几何体将被分割成三部分，每一根管子为一部分，如图3所示。为了做 到这一点，先必须创建一条边和三个面。这三个几何体都将采用GAMBIT屮的Cooper方法 來进行网格划分（GAMBIT建模向导屮将详细介绍）。本章将介绍三种不同的方法来确定 Cooper方法所要求的源面。本章还介绍了两个有用的主题：口志文件的使用和边界层的网格化。口志文件是所有输 入到GAMBIT屮的命令的记录。此文件可以进行编辑

4、，并且，输入的命令可以转变成允许 几何体快速生成和网格化的参数（如，改变主维）。GAMBIT屮的边界层网格化工具可以控制在壁面和其他边界附近怎样进行网格的细 化。3. 4步骤启动 GAMBIT o第一步选择解算器1. 选择将用来运行CFD计算的解算器，方法是在主菜单栏中选择：Solver->POLYFLOW解算器的选择就是各种形式的解算器屮指定一种（例如，边界类型可以在Specify Boundary Types形式屮获得）。目前选择的解算器在GAMBIT GUI的顶部有显示。第二步创建儿何体1. 创建三管相贯儿何体Geometry> Volume>Create Volume

5、 (Cylinder) 这就打开Create Real Cylinder对话框。a) 创建第一根管子I在对话框的Height文本框屮输入值10II在Radiusl的文本框屮输入值3Radius2的文本框可以不输值，GAMBIT将缺省地把它的值设为Radiusl的值。III在Axis Location右边列表屮选择Positive Z (缺省值)IV点击Apply按钮。b) 创建第二根管子。第I、I【步和上面一样，在Axis Location右边列表屮选择Positive Xc) 创建第三根管子。同样地，只是在Axis Location右边列表屮选择Positive Y。2. 点击Global

6、Conuol匚具箱屮的Fit to Wmdow命令按钮，观察三个柱体。可以通过按卜鼠标左键并移动鼠标來转动视图，柱体视图如图3-3所示。3. 创建一个球体，完成基本儿何体的创建。Geometry> Volume>Create Volume (Sphere)打开 Create Real Sphere 对话框。RadiusQeate Real SphereCoordinate Sys. 細$.1a) 在Radius文本框屮输入值3b) 点击Apply按钮4. 整合四个形体为一个几何体Geometry> Volume>Boolean Operations 打开 Unite R

7、eal Volumes 对话框a) 在图形窗I I屮用Shift-Left-Click选屮所有儿何体，再点击Apply按钮 所有的形体被整合成一个儿何体。最后的几何体如图34所示。第三步分解儿何体采用Tgnd方法对儿何体进行自动网格化是可能的。但是，用等角六而体对此儿何体进行自动网格化则是不可能的。为了生成等角六而体网格，必须把这个几何体分解成几部分, 然后对每一部分进行六面体网格划分。在这个例子中，将用一个方体来分割这个三管相贯体, 在三管相贯处形成一个八分Z球体，然后，再在几何体内创建一条边，用这条边创建三个 面，最后用这三个面把三管相贯体分割成三根管子。1.创建一个方体Geometry&

8、gt; Volume>Create Volume (Brick)J打开 Create Real Brick 对话框。a) 在对话框的Width文本框中输入值5如果没有再输入值，GAMBIT将把Depth和Height的值均设为5。b) 在Direction的列表中选择-X-Y-Zc) 点击Apply按钮生成的视图如图3-5所示。图35：三管几何体和方体2. 分割几何体，在三管相贯处形成一个八分Z球体如果用一个几何体来分割另一个几何体，将产生如卜的几何体：在相贯处产生与公共部位相对应的几何体产生与从第一个儿何体减去第二个儿何体的部位相对应的几何体换句话讲，分割一个儿何体将产生一个相贯处与相

9、减布尔操作的组合。选择儿何体的顺 序是很重要的。例如，在图36中，展示用儿何体E分割儿何体A以及相反操作的差别。图36：儿何体的分割Geometry> Volume> Split/Merge Volumes 打开Split Volume对话框a）在图形窗I I中选择三管相贯体b ）鼠标左击刈话框屮Split With右边的列表框，接受对三管相贯体的选择，并使Split With列表框激活c）选择方体，并点击Apply按钮GAMBIT将用方体来分割三管相贯体，产生两个几何体：三管体（Vblume.2）和八分Z 一球体（Vdlume.3）。3. 在三管相贯体屮创建一条直边Geometi

10、y>Line>Create Edge打开 Create Straight Edge 对话框。Create Straight Edgea) 鼠标左击原点(Gx, Gy, Gz)b) 选择三个柱体共享的顶点(x=y=z)c) 点击Apply按钮，接受顶点的选择，并在它们之JilJ生成一条边4. 在三管相贯体屮创建面Geometiy>Face>Form FaceJ打开Create Face Form对话框。用前而创建的边在相贯体内创建而I选择前而创建的边II在其中一个柱体表面上选择与该边相连的一个曲边 III选择一条边使回路封闭选择的三条边如图3-8所示。图3-8：创建面的三

11、条边IV点击Apply按钮，接受选择并创建一个而前而创建的边变成蓝色。a) 通过选择蓝色边，与蓝边相连的另一条曲边以及封闭回路的边来创建第二个面b) 通过选择蓝色边，与蓝边相连的第三条曲边以及封闭回路的边来创建第三个面 三个面如图3-9所示。从图形窗I I显示屮除去相贯体，就可以清楚看到创建的三个面。相贯体其实并没有被删除，只是从图形窗II屮除去。耍从窗II屮除去相贯体，点击Global Control匸貝箱屮的Specify Model Display Attributes命令按钮，选择弹出对话框屮Volumes 左边的复选框，选+ Visible左边的复选框，再选择Visible右边选项菜

12、单屮的Off,然后点 击Apply按钮。当考察完三个面Z后，再使相贯体恢复可见。图3-9：三管相贯体内创建的三个而5. 用上面创建的三个面分割三管相贯体Geometiy> Volume> Split/Merge Volumes 打开Split Volume对话框。a）在图形窗I I中选择三管相贯体b）在Split With卜面的列表屮选择Facec）选屮前而创建的三个面屮的一个如果想撤销选屮的面并选择另一个面，用Slnft-Middle-Click要选择的面d）点击Apply按钮，接受选择并分割相贯体GAMBIT将用三个面（相互关连的）来把三管相贯体分割成三个小的几何体（分别代 表

13、三根管子）。这三个几何体都与公共几何体相连。分解后的几何体如图3-10所示。现在， 就可以进行网格划分了。丄 图3-10：分解后的几何体第四步口志文件注意，这一步在本章屮不是必要的部分，只是用來说明在GAMBIT >111何使用口志文 件提供的信息。在GAMBIT M,每次执行GUI操作，相应的命令都会自动写入口志文件。因此，这个口志文件就提供了一个当前任务的所有命令的一个备份。口志文件可以用來重新生成前面任务创建的几何体和网格。在GAMBIT里，使用者可 以阅读、运行并编辑口志文件。关于口志文件的更多信息，参阅GAMBIT用户向导。1. 查看当前GAMBIT任务的口志文件File>

14、;Run> Journal 打开Run Journal对话框a) 在対话框屮选择Edit/Run选项b) 点击 Cunent Journal 按钮在File Name文本框屮将出现当前的口志文件c) 点击Apply按钮这就打开了 EdMRunJouma 1窗体，从屮可以看到当前任务的口志文件，它把每一步都 显示出來了。2. 编辑当前口志文件a) 在第一行末单击鼠标左键，然后按F Enter键GAMBIT将形成新的一行，在这里可以输入命令b）在新行屮输入命令Reset!如果没仃执行Reset命令就运行口志文件，GAMBIT将在原几何体上生成一个新的几 何体。3. 将口志文件另存为一个新的文

15、件a）删除口志文件显示窗体底部File Name文本框屮的内容“GAMEIT.#制ou”， #是当前GAMBIT任务的名称，在上而的窗体屮，特#是20668b）在File Name文本框屮重新将口志文件命名为3Pipe.geoc）点击Apply按钮文件将被保存到当前工作目录Fo把口志文件存为另一个名称，必须确保它不会被覆盖 或附加。4. 重新执行当前任务的所有步骤a）在文本编辑区域内按卜鼠标右键（当鼠标光标位丁文本编辑区域内时，文件名将在 Description窗II屮显现），弹出一个菜单，选择Select All选项，在Edit'Run Journal窗I I 屮的Lme Execu

16、tion Colunm被黑色加亮，这表明一行被选中。注意，现在所有行均被选 屮，用户可以通过在行左边的箭头上左击鼠标按钮来选择/删除单行。b）反复单击Edit/Run Journal窗体底部的Step按钮，直到一个圆柱体出现在图形窗I I 中。注意，丨I志文件屮GAMBIT当前位置在EditZRun Journal窗体屮的Lme Execution Colunm 上以星号标识。Step按钮允许用户一次执行口志文件的一行。每次按F Step按钮，GAMBIT 将执行下面加亮的一行，同时跳过没有加亮显示的行。GAMBIT使用口志文件屮的信息重新生成了在第二步屮创建的第一个圆柱体。c）继续点击Ste

17、p按钮第二个圆柱体出现在图形窗门屮。d ） 点击 EditZRun Journal 窗 I I 屮的 Auto 按钮Auto按钮允许用户自动重新运行口志文件，如果按F Auto按钮，GAMBIT将自动执行 所何加亮显示行，并且跳过没有加亮显示的行。GAMBIT只是使用口志文件来重新生成几 何体并且分解三管相贯体。在执行过程屮，口志文件的每一行都会在Transcript I屮显示。e）关闭 EditZRun Journal 窗体第五步关闭网格的自动光滑在这个例子屮，为了防止在几何体网格化时把边界层光滑掉,关闭网格的光滑是必要的。 Edit>Defaults.打开Edit Defaults对

18、话框Edit DefaultsI GRAPHICS I DEBUGFILE JOI CAD ICOCHDINQTESMES4GEOMETRY |SASHGLOBALJ INTERVALJ edgeJCOOPERJTETMESHJFLAGS( FACEJ MAPJBLAYERJ EXAMINEVOLUMEJGOCARTSJNODESJVFRTFXJTFTPRIMITIVFJTRIMFSHMODIFYLdBELVariableValueDescriptionARCLENGTH_IFI1F丄ag tor arc 丄eng-th based b丄endLngPlUTO SI-100TB1Face au

19、tomatic sjioothing toggleCOLORyellowrace me ah colorEKACTJ-IESHEVALS0Flag for exact evaluations during mPfiRAM_EVALS1Flag for usage of u. v parameters dPRO JE EJTQ .SURFACE1Flag for filial e?:act projection aftSCHEME12Face meshing scheme (10=mapill=5ubm44race snoothLng scheme (40=Length weVISIBILITY

20、1Face mesh default visibiLiy1 1.2Mortify | Reset| IUTO.SNOOTT-：Value |IBrowse Brov/so.Savel IfHOME/GAMElT.iniQoseLoad HHOME/GAMBlT.iniPrint1. 在对话框上方选择Mesh这将显示町以设置为缺省的网格类型2. 选择Face单选按钮GAMBIT在Edit Defaults窗体屮显示出缺省设置的变最3. 在变量列表屮选择Auto-SmoothAuto-Smooth将出现在列表底部的一个文本框屮，其缺省值将出现在Value文本框屮4. 在Value文本框屮输入值05

21、. 点击Modi®按钮歹!j表中变彊Auto-Smooth的值就被更新了。第六步在壁面应用边界层边界层是从边界到内部生成的层。它们用来在一个而或者一条边的法线方向上局部细化 网格。单个边界层可以附着在几对面/边或者体/面上。边界层的方向用指向激活面或体的屮 心的箭头來表示。1. 生成八分Z球体与管子相交的边的边界层Mesh>Boundary Layer>Create Boundary Layer打开 Create Boundaiy Layer 对话框a) 在Definition卜面的Fust Row文本框屮输入0.1这定义了单元的第一行法线方向上的高度b) 在Giouth

22、 Factor文本框屮输入值1.4这设置了单元续行Z间的距离比c )移动Rows卜而的滑块直到Rows=4这定义了单元行的总数。注意，GAMBIT自动更新Depth, Depth是指边界层的总高度d) 保持 Transition Pattem 的缺省设置(111)e) 选择八分Z球体与管子相交的三条曲边Z (如图3-11)边界层将在边上显示出来。f) 检查指示边界层方向的箭头是否指向原点(Gx, Gy, Gz),如果没有，按下Shift 键，鼠标屮击该边，直到箭头指向正确方向。g）选择球体与管子相交的第二条曲边，并确保边上的箭头指向原点h）对第三条曲边重复上面的方法边界层在边上的显示如图3-1

23、11） 点击Apply按钮，使得边界层应用于边上。图3-11：八分Z球体三边上的边界层2. 重复上面的步骤，在三管相交的曲边上生成边界层，如图3-12所示，同样，边上的箭头 必须指向原点。图3-12：三管相交的三条边上的边界层第七步对八分Z球体进行网格划分1. 球体网格化Mesh> Volume>Mesh Volumes打开Mesh Vblumes对话框Mesh VolumesVolumesvolume.3Scheme: ApplyDefault|Elements:Hex-1Type:Tet Primitive|Spacing: A ppi# Default |11片Interva

24、l sizei IOptions: Mesh_l Remove old mesh_| E转當洱客Apply |Reset | Closea）在图形窗I I屮选择球体GAMBIT自动选择Scheme卜的H亡x Elements和Tet Pimutive Type,这是因为这个几何 体本身代表了一个逻辑四面体（注意，Tet Primitive方法把一个逻辑四面体分为四个逻辑六 面体块，并且在每一块内生成六面体网格单元。这种方法不会生成四面体网格（参见 GAMBIT建模向导）b）Spacmg采用缺省设置Interval Size,点击Apply按钮八分Z球体的网格如图313,注意球体的三个而上的边界

25、层。图3-13：八分之一球体的网格2. 在进行三管网格化Z前除去已生成网格的显示 这样就容易看清几何体的边和面。网格并没有真正被删除，只是从图形窗II屮除去。a）点击 Global Control貝箱屮的 Specify Model Display Attributes 命令按钮b）在Mesh右边的选项菜单屮选择Offc）点击Apply按钮，并关闭对话框图形窗11屮边界层仍然可见。第八步柱体的网格化现在，开始对三根管子进行网格划分，本例子采用GAMBIT的Cooper方法对三根管子 进行网格化（详细的描述参见GAMBIT建模向导）。三种不同的方法彼用來确定Cooper方 法所要求的源而（源而是

26、指从该面开始対儿何体进行打描形成几何体单元的表面）。在第一 个小例子中，采用改变一根管子壁面的顶点类型的方法，这是确保正确网格化的最安全的方 法；在第二个小例子屮，采用Submap方法対管子壁面进行网格化；在第三个小例子屮，采 用Cooper网格化方法对几何体进行网格化，并采用手选源而的方法來确定源面。1. 通过改变壁而顶点类型为Side,对一根管子的壁面进行网格化，然后采用Cooper方法 对该柱体进行网格化通过改变管子壁而的顶点类型为Side,可以使GAMBIT在壁面上运用Submap方法，这 样，Cooper网格化方法的规范就可以在管子上实现，进而实现对该管体的网格化。a）改变壁面顶点类

27、型为SideMesh>Face>Set Face Venex Types打开 Set Face Vertex Type 对话框。I在对话框屮的Type下选择Side （缺省值）II在图形窗口中选择一根管子的壁面,如图314所示。注意，壁面上标为"E”的 顶点（代表三根管子的交点）图3-14：第一根管子壁而上的End顶点Ill鼠标左击Venices列表框IV在图形窗I I屮选择标有“E”的顶点（三管交点，如图3-14所示）V点击Apply按钮该顶点最后变为“S”，代表Side,如果重新选择面，将只会看到顶点标签。同时一条 消息出现在Transcript 1屮，说明顶点彼设置

28、成了 Sideb）用Cooper网格化方法对管体进行网格化Mesh> Volume>Mesh Volumes打开Mesh Vbluines对话框I在图形窗门屮选择第一个管体注意，在对话框屮Scheme F自动选择了 Hex Elements和Cooper Type,这是因为壁面 顶点己经变为Side。因为壁而顶点类型改变为Side, GAMBIT将自动选择源面。II保留Interval Size缺省设置1,点击Apply按钮该管子便被网格化，如图3-15所示。图3-15：通过改变管子壁面顶点为Side并运用Cooper网格化方法进行的网格化结果!这时最好除去网格显示，这样容易看清另

29、外两根管子的各面。网格并不是真的被删除, 只是从图形窗II屮除去，为了除去网格显示，点击Specify Model Display Attnbutes命令，选 择Mesh右边的选项菜单屮的Off,再点击Apply按钮即可。2. 采用Subniap方法对第二根管子壁而进行网格划分，采用Cooper网格化方法对管体进 行网格化通过对管子壁而执行Submap方法,GAMBIT将自动改变面上的顶点类型去迎合Submap 方法，然后，Cooper网格化方法的规范就可以在该管体上实现，从而可以用Cooper方法对 其进行网格划分。a）设置壁而的网格化方法为SubmapMesh>Face>Mes

30、h Faces打开Mesh Faces对话框。I在图形窗I I屮选择第二根管子的壁而（如图3-16所示）II在对话框屮Scheme卜面的Elements选项菜单中选择Quad,在Type卜一而选择Submap关于Submap方法的更多信息，参阅GAMBIT建模向导。III保留Interval Size的缺省设置1IV撤销Option卜而对Mesh的复选不选屮Mesh复选框是因为这时不想对面进行网格划分，只是想在该面上应用这种网格 化方法。GAMBIT将在网格化管体时采用具体的方法对该而进行网格化。V点击Apply按钮b）用Cooper网格化方法对管体进行网格划分Mesh> Volume&

31、gt;Mesh Volumes打开Mesh Vblumes对话框。I在图形窗II屮选屮管体注意，在对话框中的Scheme卜自动选择了 Hex Elements和Cooper Type,这是因为对 该管壁面采用了 Subniap方法由于对管壁而采用了 Subniap方法，GAMBIT将自动选择源面。II保留Interval Size的缺省值1,点击Apply按钮。网格化后的管子如图317所示。图3-17：运用Submap方法对管子壁面的网格化以及对管体的网格化!此时最好是除去网格显示，以便于看清最后一根管子的各面。3. 通过手选源而，用Cooper网格化工具对最后一根管子进行网格划分a) 在图形

32、窗I屮选中第三根管子注意，在 Mesh Volumes对话框屮，GAMBIT在Scheme卜选中的是Undetermined Elementso对这根管子，没有实行Cooper方法的规范，这是因为GAMBIT不能采用Map 或Submap网格化方法对管体壁面进行网格化。然而，可以通过选择Cooper方法和手选源 面(源面是指从该面开始对几何体进行打描形成儿何体单元的表而)的方法來强制GAMBIT 对此管体进行Cooper网格划分。当按F Apply按钮后，GAMBIT会対壁面自动执行Submap 方法，以及改变顶点类型去迎合所选的方法。关丁使用Cooper网格化方法的更多信息，参见GAMBIT

33、建模向导。b) 在刈话框屮的Scheme卜的Elements选项菜单中选择Hex, Type卜选择Cooperc) 鼠标左击Sources列表框，然后，在图形窗I I屮选择除该管管壁外的所有而作为网 格划分的源而，这些面如图3-18所示的A、E、C、D! Sluft-Middle-Click 一个面来撤销对该面的选择，再选择另外的面，也可以点击Reset 按钮來撤销对所有面和体的选择，重新设置所有的参数。选屮的四个而在管子的两端，如图3-18所示。这可以在图形窗II屮进行选择，也可以在 Sources的列表中进行选择。图3-18：运用Cooper网格化方法网格划分管体的源面d) 保留Iiite

34、ival Size的缺省设置1,点击Apply按钮4. 显示三管相贯体所有面的网格 这里只显示而网格，因为如果显示出体网格将会产生一个混乱的视图。a) 点击 Global Control I ：具箱屮的 Specify Model Display Attributes 命令按钮b) 选屮Faces左边的复选框c) 在Mesh右边的选项菜单中选择Ond) 点击Apply按钮，并关闭该对话框三管相贯体的面网格如图3-19所示。图3-19：三管相贯体的面网格第九步检查网格的品质在Global Control匚貝箱中点击Examine Mesh命令按钮 打开Examine Mesh对话框。Examin

35、e MeshDisplay Type:JPlane (S Sphere J Range3D El册巾|贡金丨金|圧|Quality Type;EquiAngle Skew -Display Mode:Endows BE | 出 | 田 | BJ | All | Wire FacetedFaceting Type:(S Quality wJ Shade w J HiddenQitType:.)Display cut石 Display elementsOil Orientation:JOX Ii IX1 ¥Z_|RJ*Apply | Ffesel | Qosea) 在对话框屮的Displ

36、ay Type F选屮Sphere这就生成一个球形网格截面，对J：三管相贯体，球形截而要比平面截面显示出更多的有 用信息。在对话框屮的3-D element类型是缺省设置的，选中其后面的方体。b) 从 Quality Type 选项菜单中选择 EquiAiigle Skewc) 在 Cut Orientation 卜选择 “+” 选项“ + ”选项表明只有剖面正向上的单元被显示。对于一个球体來说，这就意味着只有球 体内部的单元可见；“0”选项显示剖面上的单元；选项显示剖面负向上的单元(即球体 外部的单元)。d) 在 Global Control 匸貝箱屮点击 Select Preset Con

37、figuiation 命令按钮这把图形窗I I分成四部分，在每一部分中显示网格球形截面的不同视图。e) 鼠标拖动对话框屮的X滑块，直到球形剖面在X方向上居屮为止f) 同样地，移动Y和Z滑块使得球形剖面在Y和Z方向上居屮 视图显示如图3-20所示。图3-20： x, y和z方向上的球形剖面g) 移动R滑块來观察不同球形剖面上的网格h) 在图形窗I I屮的Sash锚上按卜鼠标左键(该锚是指位于图形窗I I屮心的一个灰色 小块)，对角地拖动该锚到图形窗I I的右下角这样就剩下一个单窗口。i) 关闭Examine Mesh对话框网格的球形截而即被除去，面网格也被储存起来。第十步设置边界类型1. 设置边界类型之前，除去网格和边界层显示这样容易看清几何体的各边和各而。网格和边界层并没有被删除，只是从图形窗I I屮除 去。a) 在 Global Control I：具箱屮点击 Specify Model Display Attributes 命令按钮b) 在Mesh右边的选项菜单屮选择Offc) 点击Apply按钮d) 选屮B.Layers左边的复选框，在Visible右边上网选项菜单屮选择Offe) 点击Apply按钮，并关闭对话框2. 设置三管相贯体的边界类型Zone>Specify Boundary Types打开 Specify Boundary types