三维网格划分中无厚度面的处理

仿真模型简化时，当计算域中某些几何可以忽略厚度的影响时，可以使用无厚度表面代替，以作化简。但是这种无厚度面，若不作一定操作，不会直接被求解器识别，例如：图1（管道内，有一个不计厚度平板）和图2（三段管道，中间有需考虑的分隔面——coupledwall或interior）。

图1

图2

若不经任何其它处理，直接划分网格，导入求解器（下述内容中以FLUENT为例）后图1的计算域仅为外部圆柱区域（板不会被识别），而图2所示的计算域会被分为三个没有关联的域（每两个圆柱间均会形成两个重合的面，而不是能实现连通的interior或传热的coupledwall）。

本系列将以图1（计算域内部的面）和图2（多个计算域之间的面）为例，使用ANSYSWorkbench平台下的MESH和ICEM演示内部带有无厚度面的计算域处理方式，以便识别无厚度面的操作问题。

ANSYS WORKBENCH有DM（DesignModeler）和SCDM（SpaceClaim）两个模型处理模块，对于使用MESH划分来说，使用两个模型模块的操作有所不同（实际概念和原理相同），会分开介绍。

本部分内容将会包含四节：

第一节：域内无厚度面使用ANSYSMESH+DM的实现方式

第二节：域内无厚度面使用ANSYSMESH+SCDM的实现方式

第三节：域间无厚度面的实现方式

第四节：无厚度面使用ICEM的实现方式（结构和非结构网格）

第一节 域内无厚度面使用ANSYSMESH+DM的实现方式

针对图1所示的模型，使用DM+MESH，主要操作如下：

1.1From New Part

如图1.1-1，在DM中同时选择实体模型和无厚度面模型，使用右键菜单，并选择FromNew Part，做完这一步之后模型树变成图1.1-2。

注意：FromNew Part这一步必做！

图1.1-1

图1.1-2

From NewPart这一步网上有以下面这一步代替的做法——使用Boolean（布尔运算），但本人亲测无法实现目的。不知为何？若有操作成功的同志，麻烦给指个路。

Boolean（布尔运算）方式的操作如下：

在DM中使用Boolean（布尔运算），如下图1.1-3，TargetBodies中选择大的实体模型，ToolBodies中选择无厚度面，并在PresverveTool Bodies?（最后一项）选择Yes,Imprinted。

图1.1-3

1.2识别情况

1.2.1对板作边界标定时的情况

如图1.2-1，在DM或MESH中选择边界面（要以面的形式选中该面，不要以体的形式选中，如图1.2-2），使用右键菜单，并选择NamedSelection为边界命名，此处命名为band（图1.2-3）。

图1.2-1

图1.2-2

图1.2-3

完成边界标定后，然后生成网格（图1.2-4），则该无厚度面就能够被FLUENT识别，如图1.2-5。识别为名为band的interior类型的面，但允许修改为wall等其它类型。

图1.2-4

图1.2-5

将板修改为wall类型并试算后，结果如图1.2-6。

图1.2-6

1.2.2不对板作边界标定时的情况

不对板作边界标定（即不给它命名）时，也能够被FLUENT识别，如图1.2-7。识别为wall类型的壁面，并自动命名为baffle，同时自动生成band-shadow边界。

图1.2-7

使用相同设置时，仿真结果与1.2.1相同（图1.2-6）。

第二节 域内无厚度面使用ANSYSMESH+SCDM的实现方式

针对图1所示的模型，使用SCDM+MESH，主要操作如下：

使用SCDM作为模型模块的处理方式与使用DM时的处理思路完全相同，所以这里不去详细说明，只将操作与前述的DM时的情况与之对应。但在SCDM中没有FromNew Part，取而代之的是ShareTopology命令，如图2.1-1，选中Geom-1*(模型树名称)，然后在ShareTopology项下，选择Merge。它的作用与在DM中使用FromNew Part的方式几乎是相同的。

图2.1-1

若需要对板作边界标定，则可以选中板后，点击CreatGroup，如图2.1-2，然后对新生成的Group1重新命名即可，如命名为band（图2.1-3）。后续划分网格的过程与其它普通几何划分过程无区别，省略不描述。而且对该面标定或标定时，识别情况与1.2中完全相同（如图2.1-4）。且使用相同设置时，仿真结果与1.2.1相同（图1.2-6）。

图2.1-2

图2.1-3

图2.1-4

第三节：域间无厚度面的实现方式

若是几个域中间存在分隔面的情况（如图3.1中为三个圆柱连接在一起构成的细长圆柱模型），直接生成网格的话，在两个圆柱连接部分会形成两个独立的边界面（物理上两个面是重合的），且两部分网格不共节点。在这种情况下，几个域会成为完全独立的部分，以流体仿真为例，若要实现几个域之间的流体互通，则需要使用interface的方式。

如果要在FLUENT中实现这几个域直接连通（中间面为interior）或实现几个域间的耦合传热（coupled wall），则可使用以下操作实现：

1）使用SCDM+MESH

同时选中这几个域（模型），使用鼠标右边菜单中的Moveto New Component命令（图3.2），生成一个新的组件，然后选中新生成的Component1，然后在ShareTopology项下，如图3.3，选择Share（后续生成网格时会共享节点，这与域内无厚度面的处理方式选择Merge不同）。若需要对中间的分隔面进行边界标定也可使用第二节（图2.1-2和图2.1-3）的方式操作。

图3.1

图3.2

图3.3

2）使用DM+MESH

使用DM处理域间无厚度面与处理域内无厚度面的做法相同，如图3.4和图3.5，即选中所有体和面，然后FromNew Part，最后根据需要选择是否作边界标定。

图3.4

图3.5

本节（第三节）中后续划分网格亦无区别，且不论标定与否，识别情况也与第一节（1.2）同，且同条件下仿真结果也与图1.2-6相同，均省略不描述。

第四节 无厚度面使用ICEM的实现方式（结构和非结构网格）

使用ICEM处理无厚度面（域内无厚度面和域间无厚度面，本节仅使用无厚度面指代），与使用MESH时不同。ICEM本身有很强的几何处理功能，它不依赖前处理工具，并且与是否在DM/SCDM中使用FromNew Part/ShareTopology处理过模型基本无关（导入ICEM并如图4.1修复创建拓扑后都会失效），导入的模型都须按以下方式进行处理。

图4.1

根据ICEM中结构和非结构两种网格生成方式，处理方式也分为两种情况。

4.1 非结构网格处理方式

使用非结构网格处理方式时，为使无厚度面能够正确识别，如图4.1修复创建拓扑后，必须完成以下两步工作：

第一步：对无厚度面作边界标定（在Parts上面使用右键菜单CreatePart，图4.2），这里将两个域间面分别命名为SIDE1和SIDE2，将域内面命名为BAND，如图4.3。

图4.2

图4.3

第二步：在PartMesh Setup中，对每个面勾选internalwall或splitwall选项（亲测在这种情况下没区别），如图4.4。

注意：以上两步都必须做（当然原本也只有做完成了第一步才能做第二步）！

图4.4

图4.5

其它ICEM操作不详述，生成非结构网格如图4.5，在FLUENT中的识别情况如图4.6，显然与第一节（1.2）相同。

                                                                        图4.6

将side1和side2的类型改为interior（改完后带shadow的边界消失），试算结果如图4.7。

图4.7

4.2结构网格处理方式

使用非结构网格处理方式时，导入修复并创建拓扑后，同样需要完成两步工作，其中第一步工作与4.1节中相同，此处仅说明第二步。

具体方式为：创建并切分好BLOCK后，需要进行面关联，将无厚度面与BLOCK中的face关联起来。

操作如图4.8和图4.9所示，初步生成网格后，点击图4.8中的面关联，选择BLOCK中与无厚度面band（域内面）对应的face，然后点击鼠标中键，紧接着会弹出图4.9中的SelectParts面板，在该面板中选择band。

对于另外两个域间面（side1和side2）也可以使用相同方式操作（对于此例，域间面作面关联时，需选择BLOCK中如图4.10所示的5个face，因为像这5个face一起才能够代表side1或side2）。

图4.8

图4.9

图4.10

其它操作不详述，生成的网格如图4.11，读入FLUENT的识别情况也与图4.6相同，试算结果如图4.12。

图4.11

图4.12

以上是对MESH和ICEM中识别无厚度面的处理方式亲测经验总结，各方案效果真实可靠！若您有不同意见或更好的经验，恳请赐教！

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