【小白的CFD之旅】20 計算區(qū)域的構(gòu)建【轉(zhuǎn)發(fā)】

2017-01-18 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

計算域是什么
計算域如何創(chuàng)建
常用的建模軟件
計算域幾何的特殊之處
具體的計算域提取方法
小白總結(jié)

自從上次在食堂聽了小牛師兄關(guān)于計算網(wǎng)格的一些問題后,小白決定在寒假期間好好的補習一下關(guān)于計算網(wǎng)格的劃分內(nèi)容。在之前小白也接觸了一些CFD軟件,像Fluent,CFX等,在做案例的過程中同城使用的是別人已經(jīng)提供好的計算網(wǎng)格,嚴格說起來小白還沒有自己動手生成過計算網(wǎng)格。這下真正說起要動手創(chuàng)建網(wǎng)格,小白還真的是懵了,不知道從哪兒下手。小白找到了黃師姐。

“師姐,我們考完試了,有什么任務(wù)分配需要我做的么?”小白在QQ上問。
“考完試了呀,那就可以認真的學習一下流體仿真的內(nèi)容了,現(xiàn)在項目上很缺人手?！秉S師姐回復(fù)。
“恩,就是有一些關(guān)于這方面的問題要請假一下。這半年我練習了很多流體計算案例,但是對于真正的工程問題,還是存在很多的問題。最基本的問題,比如流體計算區(qū)域的創(chuàng)建,到底該怎么弄呢?”小白問。

“你說的是計算域的構(gòu)建問題,噢,對于新手來說還真有一些問題需要注意?！?/span>

計算域是什么

“首先你要清楚,計算域是流體計算所要考慮的區(qū)域,其包含了時間域和空間域?？臻g域好說,就是我們告訴計算機所要求解計算的區(qū)域的長寬高等幾何尺寸,而時間域則指的是我們告訴求解器需要考慮的時間范圍。比如說要考慮管道內(nèi)部流體流動特征,那么空間域則指的是管道內(nèi)部流體所能夠到達的空間范圍,而時間域則取決于我們所要考慮的時間段,是1秒鐘還是1小時,取決于我們自己?！?/span>

"流體計算域,指的是流體能夠達到的區(qū)域,但是我們知道,我們目前所用的CFD求解器除了能夠解決流動問題之外,還能解決熱問題。因此雖然流體無法在固體中流動,但是熱量可以,溫度可以在固體中分布。所以流體計算域中除了流體域之外,還可能包含有固體區(qū)域?！?/span>

“除了流體域和固體域,在流體計算過程中,一些特殊的模型還可能包含一些特殊的區(qū)域,他們都是流體域的一些簡化形式。比如說模擬多孔隙結(jié)構(gòu)的多孔區(qū)域,模擬發(fā)熱的源區(qū)域等,這些其實也都是流體域,只不過簡化了幾何模型而已。”

“總而言之,計算域就是我們要告訴計算機的計算區(qū)域”。

計算域如何創(chuàng)建

“明白了,計算域就是要提交給求解器的幾何模型,可以這么理解么?”小白問。
“可以這么說。”黃師姐答。
“那這些幾何該如何得到呢?”小白繼續(xù)問。

“幾何模型的創(chuàng)建有很多方法,大多數(shù)情況下我們利用專業(yè)的CAD軟件來生成計算模型,對于復(fù)雜的幾何模型尤其是這樣。當然一些簡單的幾何模型,也可以利用CAE前處理軟件來創(chuàng)建。”黃師姐這樣說。

常用的建模軟件

“比較常用的有哪些軟件呢?”小白繼續(xù)問。
“常用的軟件如機械的CAD軟件,像UG NX, Pro/E, Catia, Solidworks等,醫(yī)學領(lǐng)域也有用CT成像來生成幾何的,甚至可以采用一些激光掃描手段來生成幾何?？偠灾?不管采用何種方法,最終的目的是要獲得數(shù)字模型?！秉S師姐說。

常用的機械CAD軟件:

Solidworks:很容易上手,學習周期非常短,通常有一下午的時間就能能夠獨立操作了,該軟件早些年被達索收購。
Catia:非常強大的3D建模軟件,目前為達索的核心產(chǎn)品。
UG NX:西門子公司的3D建模軟件,功能強大且全面。
SolidEdge:同樣歸屬西門子公司,直接競爭對手為solidworks,建模方式簡單,軟件對計算機性能要求頗高,低配置計算機可能有點卡頓。
PRO/E:PTC公司的3D建模軟件,中規(guī)中矩。
另外還有一些非主流軟件,如Inventor,犀牛等。其實還有不少的CAE前處理軟件,也具備比較強大的幾何建模功能,如ANSYS Workbench中的DM,SCDM等模塊,STAR CCM+的幾何創(chuàng)建模塊等,這些前處理模塊也可以用于創(chuàng)建計算域幾何。

計算域幾何的特殊之處

“流體計算域幾何與一般的意義上所說的幾何模型并沒有什么不同,唯一不同的地方只是你在與,流體計算域表征的是流體流經(jīng)的區(qū)域,因此與實體幾何有些差異。還是拿管道來打比方,我們說管道的幾何模型包含的特征參數(shù)包括管道的內(nèi)徑、外徑以及管道長度,這是實體模型,然而如果要計算管道內(nèi)部流體流動而創(chuàng)建的計算域模型,則可能只需要管道內(nèi)徑及長度這兩個參數(shù)了,由于流體不能進入管道壁面內(nèi),因此管道外徑這一參數(shù)就不需要了。”

“因此在創(chuàng)建流體計算域幾何時,常常需要采用特殊的方法將計算區(qū)域幾何從實體幾何中抽取出來。而有一些要考慮實體幾何外部流場的情況,則需要建立外部流體計算域。不管是考慮內(nèi)部計算域還是外部計算域,幾何建立方法都可以采用布爾運算來實現(xiàn)。”

具體的計算域提取方法

“布爾運算是一種通用的提取流體計算域的方法,當然一些CFD前處理軟件中也提供了一些快捷創(chuàng)建的功能,但其原理還是利用了布爾運算。比較常用的關(guān)于計算域的創(chuàng)建方法,可以利用ANSYS DM中的Fill及Enclosure功能,也可以利用ANSYS SCDM中的抽取體積功能,其實具備這些功能的軟件很多?！?/span>