ansys icemcfd中文入门教材

第一章介绍

ICEMCFD工程

Tutorials目录中每个工程是一个次级子目录。每个工程的目录卜有下列子目录:import,parts,domains,mesh,和

transfer.他们分别代表：

•import/:要导入到ICEMCFD中的集合模型交换文件，比如igs,STL等;

•parts/:CAD模型

,domains/:非结构六面体网格文件(hex.unsiruct),结构六面体网格分区文件(domain.n),非结构四面体网格文件

(cut_domain.l)

•mesh/:边界条件文件(family_boco,boco),结构网格的拓扑定义文件(familyjopo,topo_mulcad_ou1),和Tctin几何

文件(tetinl).

•transfer/:求解器输入文件(siar.elem),用广Mom3d.的分析数据

mesh目录中Tetin文件代表将要划分网格的几何体。包含B-spline曲面定义和曲线信息，以及分组定义

Replay文件是六面体网格划分的分块的脚本

QWorkingDirectory

Project1Project2...

Domainsimportmeshpartstransfer

鼠标和键盘操作

鼠标或健盘操作功能

鼠标左键点击和拖动旋转模型

鼠标中键点击和拖动平移模型

鼠标右键点击和上下拖动缩放模型

鼠标右键点击和左右拖动绕屏幕Z轴旋转模型

F9按住F9,然后点击任意鼠标键进行操作的时候进行模型运动

FIO按F10紧急图象Reset

第二章ICEMCFDMeshEditor界面

TheMeshEditor,创建修改网格的集成环境，包含三个窗口

•TheICEMCFI）主窗口

•显示窗口

•TheICEMCFD消息窗口

a

•MainmenuriMMey

rI

「JT

•GUIcontrols

•Displaycontrol

•Displayarea

•MessagewinLddooww.

oticmt.

，J

主窗口

主窗口中除了图形显示区域,外，还有6个radio按钮:File,Geometry,Meshing,EditMeshandOutput.

TheFileMenu

GFile「GeuiiiHiy「Mtfbhiny「Edit「Oulpul

Open—।New-JSave-1Saveas〜Close〜Quit

Delete1Importgeo—IExportgeo-i

ICEMCFD42

MeshEditorOptions1Utilities—iScripting1AnnotationsImportmesh-iDONport

TheFilemenu包含

•Open.Save,Saveas,Close,Quit,Projectdir,Tetinfile,

Domainfile,B.Cfile,Importgeo,Exportgeo,Options,Utilities,

Scripting,Annotations,Importmesh,DDNpart.

TheGeometryMenu

rHie"Geometry「Meshing「EditmeshrOutput

寺DDNtools-iBoundorycond'sRepairUtilities—iMeshporams-irEZ-CAD

6Surface「Curve「Point「Material「Density「Loop

ICEMCFD4.2

MeshEditorCreate1|Delete一Modify〜|EntityparamsChangefamilyCopy/move〜1

TheGeometrymenu模型修补和编辑，边界条件的设置，调用ICEMCFDDDN。它包含

•DDNtools,Boundconds.Repair,Utilities.Globalsetup.

模型编辑模式，由一排彩色radiobutions控制

•Surface,Curve,Point,Material,Density,Loop.

它们又分别具有次级菜单

•Create.Delete.Modify,Meshparams.Changefamily,

Copy/move.

TheMeshingMenu

「File「Geometry(*MeshingCEditmesh「Output

Hexa—iTetra-tPrismSurfaceMesh-iAutoHex

Mulcad/Padamm—IP-Cube-Cart3D

ICEMCFD4.2

MeshEditorGlobalsetuptGlobal

Themeshingmenu包含ICEMCFD各种网格划分模块。只有用户拥有楼阁模块的license,他才可以使用这个模

块。目前ICEMCFD提供下列模块：

•Hexa,Tetra.Global,Prism.Quad,AutoHexa.Mulcad/Padamm,

P-Cube

按不同的按钮会调用不同的模块。

TheEditMeshMenu

「File「Geometry「MeshingGEditmesh「Output

Copy/moveSmoothRefineCoarsenMergeExtrude

Diognostics1UncoupleBandwidthChangetype1Changefamily-IUtilities—i

ICEMCFD42

MeshEditorEditnodes-iEditelements1Editedges-i—A-1Repair

TheEditMeshmenu包含必要的网格编辑功能，粗化、平滑合并等。具体的操作有:

・Copy/move.Smooth.Refine.Coarsen,Merge.Extrude,

Diagnostics.Uncouple.Bandwidth.Changetype.Change

family.Utilities,Editnodes.Editelements.Editedges.Edit

Blocks,Editsubfaces.Repair

TheOutputMenu

rFileCGeometryCMeshing「Editmesh<•Output

SelectsolverBoundarycondsANSYSparamsANSYSinputRunANSYS

Visual3OptiMeshIC3MY*

ICEMCFD42

MeshEditor

TheOutputmenu针对不同求解器进行边界条件的设置。此外用户可以调用Mom3d和Visual3进行网格自适应

和可视化。可使用的功能有：

,Selectsolver.Boundconds.Solverparams,Solverinput.

Runsolver,Visual3,Mom3d.RAMM-ICE

Note:TheICEMCFD后处理模块Visual,网格优化模块Mom3d,以及与RAMM-ICE的内燃机网格接口必须

有另外的license

TheUtilitiesCluster

HelpOrient|

ViewShell

Msg+Print

UndoRedo

这些功能都位于主窗口的右上角：

•Help:connectstheusertotheICEMCFDon-linehelp

•Orient:控制显示坐标

•View:定制显示属性

・Undo:操作反悔

,Redo:撤俏反悔

•Print:打印

•Shell:调用一个X-Tenn命令窗口

显示窗口

Thedisplaywindow,处于屏幕右边,允许控制按照family,geometricentity,element

typeanduser-definedsubseis来显示.

Important:Sincesomefunctionsareperformedonlyontheentities

shown,theDisplaywindowisaveryimportantfeaturetousewhen

isolatingtheparticularentitiestobemodified.

Families

Color-codedandcustomizable,displayhyfamily,asdefinedinthe

mesherinterface,isavailableinthiswindow.

Geometry

Whenthisbuttonistoggledon,iheuserhascontroloverthe

displayofgeometricentities.TheOptsbuttonbesideforeach

entitytypeallowscontrolover(hedisplaycharacteristics.

Note:Basedonthedomainfilechosen,thistogglebuttonwill

eitherbelabeled“unstructured"or“structured,“orbeabsent

altogetherifnodomainfileisspecified.

•StructuredorUnstructured:Asidefromdisplayofthemesh

basedonelementtype,forevengreaterpower,ICEMCFD

allowstheusertocreatecustomsubsets;thecarefuldisplayof

whichallowsagreatdealofcontrolinthemeshoperations.

•DisplaySubset:Thistogglebuttonallowsyoutodefinesubset

ofyourmodelbasedonasetofnumerousattributes,including

elementtype,screenselection,coordinateposition,etc.

第三章ICEMCFDTetra四面体网格划分器

自动对CAD模型或者STL模型生成内面体网格，无需先生成表面网格

这是Tetra生成的楂拄和四面体混合网格,包含55万四面

体网格和12层33万棱拄网格

介绍

Tetra采用8又树算法来对体积进行囚面体填充并生成表面网格。用户必须事先规定一些关键的点和曲线。Tetra

具有强大的网格平滑算法，以及局部适应性加密和粗化算法。

对于复杂模型，ICEMCFDTetra具有如下优点：

•塞夫叉树算法的网格生成

•快速模型set-up

•网格与表面拓扑独立

•无需表面的三角形划分

•可以直接从CAD模型和STL数据进行网格生成

•对CADsurfacesand/orSTLRepresentation定义网格尺寸

・控制体积内部的网格尺寸

•四面体的节点和曲线与事先的规定匹配

•采用Nah”•出size毕独的决定几何特征上的四面体网格尺寸

・体积网格和表面网格的平滑、节点合并和边交换

・四面体网格能够合并到混合网格中，并实施平滑操作

•单独区域的粗化

•Enforcementofmeshperiodicity,bothrotationalandtranslational

•表面网格编辑和诊断工具

•局部细化和粗化

•为多种材料提供一个统一的网格

•快速算法：，50()

ICEMCFDTetra的输入

ICEMCFDTetra的输入方法有：

•SetsofB-SplinecurvesandtrimmedB-5phnesurfaceswith

prescribedpoints

•Triangularsurfacemeshesasgeometrydefinition

B-Spline曲线和曲面当B-spline曲线和曲面输入后，采用线段和三角形对曲面和曲线进

行近似，并在预先规定的点上设置顶点。

B-Spline曲线允许Tetra处理表面上的间断。如果在表面的边

界上没有定义曲线，Tetra划分的三角形会自由的越过间断。

而预先规定的点会使得它认出曲线上尖锐的拐弯。Tetra'I'

有工具来自动的在尖锐的特征上获取点和曲线。

三角形表面网格对于三角形表面网格，关键点和曲线能够自动的被识别。虽然Tcira

生成的网格上的节点不完全和原始的网格重合，但是它会符合模

型的形状。这对于从别的网格数据或者立体扫描数据中导入几何

模型是很有用处的。

ICEMCFDTetra中的智能几何

ICEMCFD的CAD接口，保留有CAD几何模型的参数化描述，网格可以在修改过的几何模型上重新生成。在CAD

中选中被导入的模型带有附加的信息，它们与主几何模型一起存储，几何模型的参数改变后，用户要重新生成

网格只需简单的File>Save,就可以立即进行非结构四面体网格重新计算。

八叉树算法

Tetra网格生成是基于如下的空间划分算法：这种算法需要的区域保证必要的网格密度，但是为了快速计算尽量

采用大的单元。

I.在几何模型的曲线和表面上规定网格尺寸

2.构造一个初始单元来包围整个几何模型

3.单元被不断细分来达到最大网格尺寸（每个维的尺寸按照1/2分割，对于三维就是1/8）

4.均一化网格来消除悬挂网格现象

3.构造出最初的最大尺寸单元网格来包围整个模型

6.节点调整以匹配几何模型形状

7.剔除材料外的单元

8.进一步细分单元以满足规定的网格尺寸要求

9.通过节点的合并、移动、交换和删除进行网格平滑

Family设置，MaterialPoints,预先规定Points

在ICEMCFD中可以对几何模型中的各种几何元素进行分组，形成不通的families。这样允许用户对不通的families

进行不同的参数设置。除了对不通families设置边界条件，用户还可以对每个family定义控制网格尺寸的参数：

maximumlength,initialheight,andheightratioo此外还可以对单独的曲线和表面定义网格尺寸参数。这样通过预

先规定的网格尺寸参数，用户可以控制四面体节点和关键区域的边的位置

如上面的八叉树算法已经描述的，当网格划分器调整网格节点以匹配几何模型外形时，它首先匹配预先规定点

和曲线。

IdenticalSurfaceModel

•Curvesandpointsnotincluded

•'Large'meshsizespecifiedon

surfaces

在单元剔除步骤，Tetra要求在每个需要进行分析的不同材料内定义一个materialpoint。对于CFD,materialpoint可以

来定义流体区域；对于结构有限元分析，可以来定义固体区域；或者对于耦合传热问题，用来定义两种区域。

ICEMCFDTetra重要特性

NaturalSize如果对一个family定义的最大四面体尺寸比某个成员几何元素大，用户必须使用

naturalsize限制。Theusercanspecifyanaturalsize

thatisproportionaltothereferencetetrasize;itshouldbeassigned

avaluethatisslightlysmallerthanthesmallestgapinthemodel,

sothatthemesherwillfurthersubdividethetetrahedratomatch

thisgeometricfeature.

Thenaturalsizelimit将是整个网格中的最小尺寸。Onlyiftheuserdefinesasmaller

maxsizeonageometryentitywillTetracontinuetosubdivideuntilmeeting

themaximumsizerequest.Theeffectofthenaturalsizelimitisa

geometiy-basedadaptationofthemesh.

TetrahedralMeshSmootherthetetrcihedralsmoother计算每个单元的质量。然后根据用户指定的质量要求进行平滑。

Smoother修改所有不符合标准的单元一一节点被移动、合并，边被交换，或者单元

被删除。如此重复直到满足要求或者达到一定的迭代次数。

八,木_RinsidJRoutside

((^insid^outside)ideal

(暨玲斗de

有时候用广不愿对某个family进行网格平滑，ICEMcfl)Tetra提供fixjamilies

功能来指定某个family保持不变。此外，另外一个相似的功能fix_ptisms,用来排除

棱拄单元的平滑。

KK

TetrahedralMeshCoarsenerCoarsening和smoother的过程相似。此外也可以米用fix_families来排除某个family的

coarsen噪作。

如果coarsen操作中，size_check选项打开，得到的网格在所有几何元素上会满足预设的

尺寸标准。而且Tetra包含了完全的投影projection和smoothing工具tools,以及单元创

建、删除、分裂、uniformenforcementoforientation.

TriangularIntheinterestofminimizinggridpoints,(hecoarsenerreducesthe

SurfaceMeshnumberoftrianglesinameshbymergingtriangles.Thisoperation

Smootherisbasedonthemaximumdeviationoftheresultant(rianglecenter

fromthesurface,theaspectratiooithemergedtriangle,andthe

maximumsizeofthemergedtriangle.

TriangularICEMCFDTetra提供交互式网格编辑功能，可以实现节点在几何模型表面的移

SurfaceEditing动、合并或者删除。三角形单元可以被单独的分割和标记以不同的名称，并进行质

Tools

量检查以进行评价。

表面网格诊断工具允许用户快速填充表面网格中的“洞”，查找重叠的三角形和non-

manil'old顶点以及delectionofsingle/multipleedgeandduplicateelements.

PrismIxiyerOffset对于支持非结构四面体和棱拄混合网格的求解器来说，ICEMCFDTetra的一个独

特功能Prisms能够在壁面附近产生偏移的棱拄层网格。

MeshPeriodicity采用周期性网格ICEMCFDTetra网格能够很好的适应叶轮机问题的分析。

第三章四面体网格划分示范1:三维管道回合

这个示范中，我们将对如图的三位管道回合段进行四面体网格划分。

本示范介绍的操作有：

Geometry

•设置网格参数Meshparams>Model和Meshparams>Families.

Meshingmenu

・白动网格生成和平滑Tetra>BatchfromCAD

Editmeshmenu

•检查网格质量Diagnostics.

打开工程

打开FHe>Open,选择Selectproject,选择3DpipeJunctproject,再选择tetinl。如果出现一个提示窗I」要

求加载一个domain,则选择Cancel来开始一个新的模型。

生成四面体网格

定义family

1如果families还未定义，那么首先需要对几何模型的不同区域分类以创建family。最初整个几何模型被设置为

一个family,名称为GEOM。我们将按照figure3.1.1所示来修改family设置。表面family有INL,OUT,CYL1,

CYL2,andSYM。

2选择Geometry>Surface>Changefamily.来修改family设置

DDNtools一।IBoundaryconds1Utilities―i1Meshparams-t1

RepairrEZ

GSurface「Curve「Point「Material「Density「Loi

Create—iIDelete—11Modify-iI

EntityparamsChangefamilyCopy」

3用鼠标左键选择某个表面，用鼠标中键确认选择，然后会出现一个family设置窗口。或者为所选择

的面选择一个已经存在的family,或者在Newfamily中输入一个新的名称来为这个（些）面创建一个

familv

4一旦所仃的surface被设先重新命名，采用相似的操作继续对Curves,Points.和Materials进行设置。

5在Geometry〉Curve〉Changefamily几何模型中所有的曲线将被设置为CUR。

DDNtools_11Boundaryconds|RepairUtilities-i|Meshparams-i1

FEZ-CAD

QSurface6CurveiPoint「Material「Density「Loop

弋reate-i|Delete-i|Codify-i|EntityparamsCopy/move-i1

Changefamily

用户可以按住鼠标左键拖动进行box-selecto

6所有的点放在PTSfamily中。注意将光标放在主窗口中，按"v”键，则可以选择

所有点元素。

定义Material点

1模型的material将被设置为LIVEfamilyo它处于圆柱的内部。

2选择Geometry>Material>Create>Screenmidpoint.

3在Selectfamily窗口中，输入LIVE作为Newfamily名称，按Accept接受

4用鼠标左键在圆柱上选择两个相对的顶点，然后按鼠标中键确认。LIVE应该在

几何模型的内部。旋转模型以确认它确实在体积内部。

5要删除空的families,在Display菜单中选择FarrHIies>Edit,点击Deleteunusedo

这样列表中的无用family会自动清除。按Accept关闭这个窗口。

设置网格参数

I要确认Surfaces和Curves都已经被loggledon,在display窗口的分别按Surfaces和Curves的Opts>Tetra

sizes,四面体形状的图标就会显示在几何模型上。

2这时用户可以用Meshparams>Model来修改整个模型的网格尺寸（右图）。将Referencesize设置为5,

Referencesize是一个被乘数，其他所有的family、曲面和曲线的网格尺寸都以它为参考，乘以各自的设定的size

不同Referencesize的效果

13

注意改变Referencesize并按Apply会改变几何模型上的四面体图标的尺寸。

4要改变某个指定family的网格尺寸，选择

Surface>Meshparams>Families.用户就可以从Select

famil）,窗口中选择family（如图）。本示范中选择CYL2然后按

Accept,CYL2对应的表面就会以加亮显示°

5^.Surfacefamilymeshparams窗口中（如图），对Size指

定为，其他参数为0：因为Tetra生成网格时不用这些参数，

只有Hexa用。选择Showsizeparamsusingrefsize会使得

按下Apply后参数调整可见°选择Dismiss关闭窗口。

6当对网格尺寸设置满意后，按File>Save来存储。

RunningtheTetraMesh

1.选择Meshing>Tetra>fromCAD/SurfaceMesh

来生成四面体网格。Tetraparameters窗口将会

出现（如右图）;

2.按照图中设置后，按Mesh进行网格划分。Message

Window将会报告网格划分过程信息.

译者注：这个步骤和PDF文档中所述不相同,原文中的菜

单和Tetraparameters窗M与4.2版不太一样。原文和原图

如下：

ChooseMeshing>Tetra>BatchfromCADtogeneratethe

tetrahedralmesh.TheTetra>InteractivefromCADmode

indicatesthatTetrawillnotautomaticallysavethe

volumemesh(Writevolume)orsurfacemesh(Write

surface).TheTetraparameterswindowwillappear(refer

toFigure3.1.4):

最后显示的网格为:

SavingtheMesh

用File>Save>Domainfile存盘

第五章SphereCube

本示范之后，读者将会掌握采用Smoother来提高网格质量。

一个半球体，内含一个立方体空腔。图中以标明表面的family名称。

1.打开工程

在Selectproject窗口，选择SphereCube工程后，再打开tetinl文件。

3.生成四面体网格

Family设置

I.与前面的示范相同，最初所有的表面属于一个family——GEOM。用户需要按照上图对表面重新创建family

(SPHERE,CUBE,SYM)。

2.在Geometry>Surface>Changefamily菜单中修改family设置。

3.用鼠标左键选择需要的表面，然后中键确认选择。在Selectfamily窗口出现后，或者选择已经存在的family,

或者创建新的family«

4.本示范中，对于所有的点和曲线，设为一个family,GEOM。

定义Material点

同上个示范一样，material点被