CFX - Pre网格拼接技术实现异构网格拼接简化流场仿真网格建立

基于CFX-PRE的网格剪接技术的研究

摘要：响应网格特性，不同格式明显差异的问题以及无法通过各种网格部门软件直接剪接处理的问题，本文将CFX-PRE提供的不兼容计算域接口网格处理技术作为基础。通过网格的物理转换和相关的技术处理，在确保计算准确性和简化计算量的前提下生成了统一的集成机流场计算网格。结果表明，通过合理地使用CFX-PRE网格剪接技术，可以实现不同格式的异质网格的剪接处理，这极大地简化了复杂物理模型的网格建立过程，并且对流场模拟具有重要意义。

关键字：CFD异质流场网格网格拼接

智图分类编号：TP391.9文档标识代码：A文章编号：1672-3791 [2021] 08 [A] -0082-05

网格除法是CFD数值计算的重要组成部分。首先，为了划分全流场网格，目标流场根据流场物理结构的特征分为假设的干燥计算区域。使用以不同格式的网格结构的特性，通过相应的软件将网格分为每个计算域，并且通过技术手段执行非一致或异构网格拼接。有效的剪接方法可以进一步提高工程领域中CFD的应用效率。

在国外已经建立了用于CFD应用程序的各种网格部软件，例如CFD-GEOM等，从根本上解决了CFD应用中的流场电网划分问题。但是，由各种类型的网格部门软件生成的网格格式不同，存储表格不一致，并且每个软件的默认基础坐标系统和尺寸单元都不同，因此必须通过适当的网格拼接技术统一处理。目前，关于不同格式或异质网格的剪接方法的研究仍然有限。如何通过技术处理以不同格式实现网格剪接是一个紧迫的问题，需要在CFD数值计算中解决。

CFX-PRE支持各种类型和来源的输入网格，并且具有良好的网格兼容性。在这种情况下，使用CFX-PRE预处理函数实现网格剪接是可行的手段。

本文打算使用CFX-PRE进行技术处理来生成高质量的集成全流场网格，以提供用于预处理软件流场拼接的参考。

1 网格

发动机的各种核心气体路径成分的特征结构完全不同。通常，不同的网格除法软件用于网格相关的组件，从而生成不同格式和不同类别的气体路径组件的网格。这种分裂方法通常会导致每个组件的网格类别差异很大，并且不可能直接执行统一的操作。在这种情况下，有必要通过技术手段将每个网格文件导入相同的预处理软件中，并执行相应的技术处理以满足后续的计算需求。

可以通过网格输入向导导入到CFX-PRE预处理软件中，将三角形/四面体网格[非结构化网格]或四边形/四边形/六角形网格[结构网格]（结构网格）导入到CFX-PRE预处理软件中。

CFX-PRE以以下格式支持网格文件：

〔*db/*。dsdb〕; 〔*.gtm/*。cfx〕; cfx-〔*。def/*。res/*。cfg

/*.trn/*.bak〕; [*.cfx/*。cfx5/*。msh〕; [*.cdb/*。inp]; [*.cas/*。msh]; ogns [*.cgns/*。cgn]; cfx - [*。grd]; cfx-4 [*。geo]; CFX- [*。BGD]，等等。

对于不同格式网格，CFX-PRE提供以下两个输入向导。

[1]对于常规的叶轮机械网格，CFX-PRE可以在进口过程中自动识别，然后自动生成网格边界条件，如图1所示。

[2]对于由ICEM等软件产生的各种异质网格，CFX-PRE可以实现直接阅读以促进后续的网格处理，如图2所示。

通过上面的两个网格输入向导，通过各种网格除法软件获得的网格文件将导入到CFX-PRE预处理软件中，以进行后续技术处理，最后生成了高质量的集成网格。

2个网格转换

由于每个软件的默认基础坐标系，尺寸单元，除法方法等在网格划分过程中都不同，因此每个组件的网格均匀导入的物理关系通常具有不正确的物理关系，并且需要相应地转换网格以保持坐标系统和尺寸链链的一致性。

CFX-PRE允许用户通过不同的方式修改导入的网格文件，包括网格转换转换，旋转转换，映射转换和缩放变换。

2.1翻译转换

可以通过指定节点的笛卡尔坐标偏移或定义翻译前后的三维坐标来执行网格翻译操作。同时，CFX-PRE允许用户执行多个副本并保存原始网格模型，如图3所示。

使用网格翻译函数并定义计算域接口的相应计算方法，可以剪接不同的计算域以生成一个完整的计算区域。同时，应注意的是，坐标偏移量可能为负，如图4所示。

为了减少计算量，然后简化解决方案过程，可以将多个计算字段合并到CFX-PRE中的单个计算字段中，以促进设置随后的边界条件。在边界条件设置过程中，必须对每个计算域中包含的外观进行相关定义。当计算域特征相似或相同时，计算域外表面的设置（例如壁表面，压力入口，压力出口等）将需要大量时间和精力。在这种情况下，执行计算域合并可以表达其优势。

2.2旋转转换

从图可以看出。 5，可以通过定义旋转主轴，旋转方向和相应旋转角来旋转目标网格并转换。为了旋转主轴，CFX-PRE提供了两种方法：直观定义和向量定义。

图6显示了某种类型的涡轮螺旋桨发动机的进气通道网格的旋转转换，实现与进口转移叶片的网格剪接，并生成集成的计算区域。

2.3映射转换

CFX-PRE还为目标网格提供了映射转换。以下是各种映射平面定义方法：您可以直接选择坐标平面或定义3个坐标点以确定映射平面，然后根据需要映射目标网格，如图7所示。

应该注意的是，映射转换通常使用坐标平面作为映射平面。因此，在映射目标后，通常需要通过翻译转换和其他技术处理来处理目标，与此同时，对于计算域网格界面而言，它合理地拼接了，以生成流场计算所需的集成网格。

2.4缩放转换

定义缩放系数和缩放转换参考坐标，并缩放网格以纠正网格中的大小差异除以不同的软件。应该注意的是，在缩放网格后，分开的网格单元将经历相同的变焦转换，如图9和10所示。

为了满足计算精度需求，在某种类型的涡轮螺旋桨发动机的气电路组件的网格分裂过程中，将高质量的计算域网格分开，并将非结构化的网格除法用于燃烧室，螺旋桨计算域和圆柱包装区域。由于非结构化网格没有拓扑结构的特征和网格节点的随机分布，因此它可以更好地适应具有复杂结构形状的计算区域。

典型的叶轮组件（例如进气管，压缩机和涡轮机）分为结构化网格。结构化的网格通常具有更好的网格质量，具有快速的网格生成速度和简单的数据结构。它们可以在确保计算准确性的同时减少计算量，从而提高计算效率，如图11所示。

每个气体路径组件的结构化和非结构化网格均匀导入到CFX-PRE中，并且每个组件的网格根据配方机器大小链旋转，翻译，映射，映射和缩放。通过网格剪接，生成了发动机计算域的集成网格，以满足随后的数值计算和整个机器流场的分析需求，如图12所示。

3。网格拼接原理

接口数据传输不能单独通过物理转换来实现，并且每个计算域网格的接口需要进一步的技术处理。

当剪接计算域具有非一致的网格边界时，即，两个相邻计算区域的网格节点的位置并不相同时，CFX-PRE首先计算构成边界的接口区域的交点，并完成基于杂交接口的流动界面的数值。从图13中可以看出，界面区域由AB，BC，DE和EF组成，并且表面AD，DB，BE和EC在接口处生成。当计算从界面流入IV单元时，忽略了面部DE，而面部db和使用则分别从I和IIII单元III单元将信息带入IV。

当计算域界面兼容性较差并且计算域具有圆周运动特性时，CFX -PRE提供了另一种剪接方法 - 平面，该方法根据流场的流动方向定义了上游界面和下游界面，然后实现了计算域界面网格拼接，如图14所示。

在 - 平面剪接方法中，流体区域近似于稳态问题，并且在动态区域和静态区域之间的界面处，相邻区域中的流场数据是加权的，并在圆周方向上平均，并作为边界条件传递。同时，平面允许设置周期性边界条件，这可以大大简化旋转机械流场的数值模拟的计算量。

通过上述技术处理，相应地处理了发动机的每个气体电路组件的网格文件，并且可用于流场计算的高质量统一的预处理网格文件用于为后续流场模拟分析奠定基础。

4结论

网格部门是飞机发动机流场预计处理前的重要组成部分。发动机的每个核心气体电路组件的结构特性截然不同，并且通过相应的网格分裂软件生成的网格通常具有明显的差异。本文为问题提供了一种可行的一般处理方法，即通过使用CFX-PRE提供的不兼容的计算区域网格接口处理技术，不容易执行不同格式和网格类型。通过物理转换网格文件并在技术上处理计算域接口，可以生成数值计算所需的高质量集成网格文件，以满足后续计算需求，同时，它为商业软件（例如等）提供了基于参考的网格剪接的基于参考的技术手段。

参考

[1] Hong Junwu，Liang ，Wang 等。关于多个剪接网格技术应用的研究[J]。 ACTA空气动力学，2021，25〔1〕：45-49。

[2] Hou ，Wang ，Lin 。回顾有关叶轮机械内流场的数值模拟研究[J]。流体机械，2021，33 [5]：30-34。

[3] Zhan ，Huang Shuai，Yang Xinyi。多阶段涡轮工作流场的数值模拟研究[J]。系统模拟技术，2021，12 [2]：118-122。