ANSA涡轮机械六面体网格划分自动化工具：Volute和Domain

本文系 ANSA 涡轮机械网格划分工具系列专题的第二篇（前一篇​），旨在深入解析 ANSA Turbo 模块中的 Volute（蜗壳）与 Domain（流体域）功能。

Volute 功能专用于离心式叶轮机蜗壳的网格生成，能够根据蜗壳复杂的三维通道自动构建合适的网格拓扑并生成高质量单元；而 Domain 功能则用于为叶片创建周期性计算域边界。

借助这两个工具，用户可以在保持几何一致性与网格质量的前提下，大幅简化蜗壳与周期域的建模流程。

Volute: 离心式叶轮机蜗壳网格划分工具

Volute 工具位于 Hexa Block 菜单下的 Turbo 模块中。

   图1. Volute 工具位置
 

Volute 的功能窗口如下图。

   图2. Volute 功能窗口
 

在 Geometry 选项下，需要指定进/出口、壁面、及交界面对应的几何面。图 3 中的蜗壳模型展示了这些区域对应的位置。

   图3. 蜗壳模型示例
 

在 Spacing 选项下指定网格参数，有两种指定方式：Advanced 和 Length。

Advanced 方法需要设置的网格参数参考下图，包括增长率，最大尺寸，最小尺寸，畸变角度，壁面第一层高度，壁面增长率，交界面第一层高度，以及多重网格级数。需要注意的是，仅在后续应用的求解器支持多重网格方法的情况下才能定义多重网格级数。

   图4. Advanced 方法定义网格参数
 

Length 方法需要定义的参数更少，包括增长率，网格尺寸，壁面第一层高度，壁面增长率，交界面第一层高度及多重网格级数。

   图5. Length 方法定义网格参数
 

在 Mesh Generation 选项下需要指定生成的流体域的 Property 名称。

应用图 2 中展示的参数运行，得到的网格效果如图 6 所示，Volute 功能模板可根据蜗壳几何形状自动适配生成拓扑盒子，并高效构建高质量的全六面体网格。

   图6. Volute 功能生成的网格效果
 

图 7 是对蜗舌部分的处理，即便在曲率变化显著的部位，仍能生成高质量单元。

   图7. 蜗舌部分的网格
 

图 8、图 9 则分别是流道内部截面及进/出口位置的网格，可以看到在管道区域，模板会自动构建 O-Grid 内层结构，并根据给定的参数生成边界层，以更好地适配管道内部壁面的流动特性。

   图8. 流道内截面网格
 

Domain: 叶片周期性边界自动创建工具

下图是本例中使用的叶轮的模型，需要预先为叶轮的几何模型各区域划分 Property。

   图10. 叶轮模型及 Property 划分
 

Domain 的功能窗口第一步是指定叶轮的类型。对于 Axial 类型的叶轮，需要指定周期性通道数目、旋转轴及原点；对于 Cascade 类型的叶轮，则需要指定叶片间距及排列方向。本例模型应用图 11 所示的数值。

   图11. Domain: Stage Definition
 

第二步是定义叶片表面边界。在 Property 命名恰当的情况下，Surface 和 Property 能够自动匹配，如图 12 所示。

   图12. Domain: Surfaces Definition
 

设置完成后点击下一步可对生成的周期性边界进行预览，执行完毕后周期性边界会自动保存在新建的名为 Periodic 的 Property 中。

   图13. Domain: Confirm the created topology
 

从图 14 中可以看到 Domain 工具生成的作为周期性边界的几何面，同时，可以看到周期性边界的特征线是蓝色的 Triple Con，这意味着原始几何面并没有被删除，只是自动隐藏了。

   图14. Domain 工具生成的周期性边界
 

总结

本文对 ANSA Turbo 模块下的 Volute 与 Domain 两项功能的主要用途、参数设置及操作流程进行了概述，并结合示例展示了蜗壳网格与周期性计算域的生成效果，为获取高质量的涡轮机械仿真网格提供了可靠参考。

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作者 | 李梓月

Cadence CAE 工程师

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