Chapter2-FLOW-3D几何模型导入及网格划分

第二章、FLOW-3D

几何模型

导入及网格划分

FLOW-3D®v9.4Definitionof

geometryFAVORizeApplyMeshingIterateuntilgeometryisadequatelyresolved• Contents:

几何模型导入

Meshing网格划分

FAVORize检查划分质量网格划分质量流程1、FLOW-3D支持cad格式FLOW-3D

可以导入多种格式及网格格式，默认仅能直接读取STL格式，其它格式必须以文本编辑器编辑Prepinfile。Stereolithography(STL)dataTetrahedralCADdataANSYSdataIDEASdataTopographicdataCombinationofaboveSTL（stereo-lithography）format大部分的CAD都支持STL格式输出。STL格式转出时，实体图形是以三角面完全包覆，转出格式则包含三角面的三个顶点坐标，以及三角面法线方向。其均采用笛卡尔坐标系

(Cartesiancoordinatesystem)。STL格式STL文件是以”.stl”为后缀名，STL格式是以近似的外包曲面来代表物体的表面。STL档中包含一系列的面资料，每一个面资料以一个单位法向量（Normalvector）以及三个顶点（vertices）坐标来表示。因此是以12个数字来代表一个面。STL档分为Ascii

及Binary两种格式，Ascii

的STL档只是为了让使用者可以看出其格式并且进行编辑，但是其格式较大。由于

FLOW-3D

两种格式都可以接受，建议生成格式采用Binary格式（Binary格式的STL档较小）。(x1,y1,z1)(x2,y2,z2)(x3,y3,z3)NormalVectorI-DEASUniversalFileFLOW-3D

也可导入从其他CAD或CAE产生的tetrahedral网格格式，默认格式为I-DEAS的Universal格式（后缀名为.unv），由于读入的资料仅需四个顶点的坐标以及其关连性，因此即使是其他格式的网格档，只要符合这个格式，就可以读取。如果要输入此类格式的网格档，必须以Notepad编辑Prepin档。FIDEAS(L)=‘filename’.默认名称为“cadfnn

.

inp”，nn为数字.转入的图档同样可以在FLOW-3D

内进行平移/旋转/缩放等设定。其他网格格式FLOW-3D也支持由ANSYS导出

TetraElement网格档，不过必须将档案分为两部分，分别是坐标档以及网格关连档。在水利行业设定时，建议使用者直接以STL档作为模拟分析档格式。操作：从前处理器加入STL档加入STL档

FLOW-3D

没有限制STL档的数量，如果需要加入多个STL档，可以重复加入Geometryfile

(s)几何设定改变几何单位及类型单位转换类型选择几何模型建立基本架构GeometryComponent1Component2ComponentnSubcomponent1Subcomponent2Subcomponentn同一个Component内仅可以设定一种材料与运动性质Component类型分为:StandardPorousDomainremovingLostFoamPackedSedimentCoreGasSubcomponents可以定义为:SolidHoleComplement…Components分类为:Standard:固体Porous:滤网，筛子，土壤LostFoam:消失模中的泡沫Domainremoving:网格区域移除，不被列入计算网格以节省内存容量及提高求解运算时间CoreGas:型芯气体Component的分类Subcomponent可以被定义:Solid：固体Hole:从现有的固体中去除材料Complement:物体以外整个计算区域定义为固体，几何则为空腔只有CAD几何图形可以被定义为Complement，内建的几何不能设定该类型Subcomponent的分类如何决定sub-component要加入到现有的或新的component?

相同的材料与运动性质设成同一个component!大坝仿真的几何组件Orange–topography,roughsurfaceBlue–damstructure,smoothsurfaceDarkBlue–northgate,movingGreen–southgate,movingYellow–tailrace,semi-roughsurfaceComponentType物体类型SolidHoleComplementHoles&ComplementsSolidHoleComponent1Subcomponent1:SolidSubcomponent2:HoleComplementSubcomponentsofSimulationSubcomponent5Subcomponent6Subcomponent7不同的Sub-components图形导入顺序，会产生不同的几何效果注意图形导入顺序SolidHoleSolidHole如果两个subcomponents/components有重迭部分，重迭区域的性质以先加载的图形为主注意图形导入顺序SolidSubcomponent/Component1SolidSubcomponent/Component2SolidSubcomponent/Component1SolidSubcomponent/Component2内建几何模型操作软件提供五种常见几何类型(球/圆柱/锥/长方体/环);用户可以通过界面快捷方式或通过菜单ConeFLOW-3D内建几何工具BoxCylinderSpherePrimitivesToolbar–ModelSetup,MeshingandGeometryzhighzlowxlowxhighylowyhighWedgeAngleLimitedCylinderToruszZlowZhigh建立基本几何图形在几何设定树状表上外加一些限制案例：半圆柱基本几何图形+限制组合DefaultcylinderAddlimiter可以将几何图形缩放、旋转与平移图形转换操作如下：建立几何图形放大或缩小尺寸改变方向

移动位置Subcomponents的基本操作观察几何鼠标左键：旋转鼠标中键：放大/缩小鼠标右键：平移局部放大屏幕适合尺寸视图修改后更新Unit单位FLOW-3D采用单位为SI（m,Kg,…）CGS（cm,g,…）ENGINEERING（英制）由于大部分铸件绘图单位为mm，因此在FLOW-3D导入几何时建议将单位转换至CGS制。1mm=0.1cm，因此单位转换时Globalmagnitude必须填入0.1。STL图形的检查与修正是模拟分析中很重要的环节一般STL图形主要的问题三角面遗失三角面法方向错误三角面面积为零FLOW-3D本身可以处理一些比较轻微的图形问题较小的破面会被填满一些微小的异常特征会被平滑处理STL图形问题MiniMagics

是FLOW-3D所提供的免费软件有助于检查STL图形好坏由FLOW-3D开始菜单界面选择安装MiniMagics可以由Materialise开始界面打开MinimagicsSTL图档修正检查打开MiniMagics打开图形C:\class\demo_files\stlf01_bad.stl如果出现错误讯息，进行修复工作（仅能简单修补）利用MiniMagics检查STL图形品质DimensionsVolume,Area,TrianglesErrorsMissingTriangleSectionViewsSTL图形可以利用

FLOW-3DV9.4的“pyADMesh”功能修补pyADMesh图形修正功能pyADMesh有许多功能图形单位转换旋转镜像STL图档修补变换三解网格法线向量移除面积为零三角网格增补短缺的三角网格三角面缺失严重的图问题无法利用pyADMesh

修补利用pyADMesh

进行STL图形修补与转换内定的选项ClosegapsAddtrianglestofillholesFixunitnormaldirectionsFixunitnormalvalues档案输出格式Binary(small,can’tedit)ASCII(large,editable)结果操作pyADMesh显示打开fileC:\class\demo_files\Spillway_Missing_tri.STL导入数据检查Erroranalysisandrepairwith“MiniMagics

”Errorsdetectedby

“MiniMagics”Meshingfreeoferrors

afterrepairofindividual

STLgeometriesBaffle:没有厚度的孔隙平板用来控制或引导水流Baffles也可以用来量测通过某段面的水流流量与计算通过的颗粒数量Baffles可以是平板、圆柱、圆柱或圆锥Baffles

利用使用界面建立Baffles在“Baffles”上按右键新增Definition给定位置利用“limiters”功能给定形状若是孔隙介质，在此设定相关材料系数设定热传相关性质系数Baffles定义成量测流量，完全不影响水流运动降低内存使用

UMA-UnstructuredMemoryAllocationNumberofcellsgenerated:~230K

ActivecellsNumberofcellsallocatedtomemory:~57KBlockedcellsOnlymeshcellsneededforheatandfluidflowsimulationareallocatedmemory减少内存使用

DomainRemovingComponentsComponents可以由多个subcomponents组成Subcomponents可以是solids,holes或complements每个component仅有一种材料与运动性质Subcomponents的建立方式有：内建简单几何,STLfiles,CADdata,Topographicdata,IDEASdataorANSYSdata小结2、网格建立网格基本设定UniformMeshesNon-UniformMeshes网格建立重点Multi-BlockMeshes操作：建立网格网格基本设定UniformMeshesNon-UniformMeshes建议：采用UniformMeshes。如果局部几何为薄壁时，为了减少网格数量常采用Non-UniformMeshes。Meshing–连接式网格块XZBlock#3不同网格块必须要非常准确的结合在一起，不能有重叠或是出现间隙。前处理器会自动将网格区块连接边界设定为内部边界，使用者不需要针对此部分做额外的处理。Meshing–嵌套式网格块XZFixedPoint#1FixedPoint#2FixedPoint#3FixedPoint#4FixedPoint#1FixedPoint#2FixedPoint#3FixedPoint#4Multi-多个网格块操作多个网格设定的基本原则利用固定点减少相连网格区块间的计算错差建议相邻网格块大小的比例不要超过2

“PreprocessSimulation”预处理时，会显示多个网格所造成的网格误差(Multi-blockAreaMismatchError)，建议误差控制在0.1%以下。

openareamismatchatinter-blockboundariesofallblocksas%oftotalopenareaatthesemeshboundaries=7.31706E-02LargeinterpolationerrorspossibleBetter至少需要一个格点才可以描述几何存在几何角点“Corners”如果位于格点中间，角点将无法显示。面积主要根据网格线性分布。网格密度对几何解析度的影响网格建立重点尽量采用UniformMeshes格式。网格的AspectRatios尽量趋近于

1（正立方体）。AspectRatio建议不要超过3.0；如果是采用Non-UniformMesh格式时，相邻的网格尺寸比例建议不要超过1.25。在流场越紊乱（压力梯度变化较大）的区域，尽量采用UniformMeshes。Multi-BlockMeshesFLOW-3D

的Multi-BlockMeshes的设定方式适用各种应用领域，能够对局部或整体的网格尺寸调整，大幅减少计算所需的内存。网格区块（MeshBlock）不允许局部重叠，仅能完全相接或者是完全重叠Multi-BlockMeshes设定重点网格区块数量越少越好；每增加一个网格区块，至少会增加一个需要迭代的边界。不必要的网格区块会增加迭代可能造成的数值误差以及增加计算时间。网格区块之间的AspectRatio（网格尺寸）尽量采用1.0~2.0之间。避免在流场紊乱（压力梯度较大）的位置建立网格区块，网格区块连接的位置尽量在流场平缓的区域。在网格区块的连接位置，以FixedPoint确认网格区块的连接，这样可以减少网格区块连接位置的体积误差量。操作：建立网格显示网格隐藏网格改为柱坐标增加网格区块网格区块信息网格区块的调整新增网格区块删除网格区块自动切割网格调整网格区块网格信息网格区块尺寸调整移动网格区块复制网格区块分割网格区块自动调整网格区块至几何图档大小隐藏网格显示网格仅显示单一网格区块显示所有网格区块常用指令Meshadjustment以鼠标调整网格大小调整步长大小AutoMesh&MeshInfo可指定网格总数量，或者是指定网格尺寸大小程序会根据指定的条件，在X,Y,Z三方向进行网格切割网格数量网格划分注意事项网格切割的层数仅需描述几何外形，不需要生成三层以上的网格（单层即可）。建议采用均一尺寸的网格。以FAVOR工具查看网格是否能完整描述原始几何。多网格区块设定可以在网格数量限制下更完整的描述图档。但是网格区块不宜过多。充填模拟建议不需要超过三个（凝固模拟采用一个网格区块）。一般而言，网格区块最多不宜超过五个。如果采用多个网格区块，不要在流动复杂的位置做切割（尽可能在流动平缓的位置进行切割）。不同网格区块的网格尺寸大小可以不同，但是尽量不要超过两倍。如果要用多网格区块进行网格建立，必须强制边界对齐。1、采用多个网格区块，不要在流动复杂的位置做切割（尽可能在流动平缓的位置进行切割）

2、增加适合的节点以减少多区块网格体积的损失。(“openarea

mismatchatinter-block

boundaries”)多网格块建立的方法(一)直接以坐标输入的方式进行网格建立先取得相对应的坐标值单击右键12对网格尺寸做调整多网格块建立的方法(二)先建立单一网格块，再以分割网格/调整网格的方式建立沿着某个方向一分为二，或更多Multi-Block

设定重点由于每个

MeshBlock的大小都不一样，即使是以『Sizeofallcells』的设定，MeshBlock相接处网格边界无法相互连接。如果流体流经此处时，计算会相当复杂，可能会有计算收敛的问题。Block2Block1以增加点方式控制网格尺寸X=-0.4在每个『

MeshBlock』相接处以『AddPoint』设定，可以让边界的计算收敛问题减少。Xmin（Block2

）=X（Block1）右键单击网格界面：更新显示ChangesinMesharenotreflectedindisplayuntilupdated!TheMesh/Update(CTRL+U)option

updatestheview.example

ofbadmeshingbetterbad 33meshblocks

1,800,441cells

943,883activecells

113,987“boundarycells” 7meshblocks

3,521,741cells

660,3