2_建一个混合弯管模型2D

2.建一个混合弯管模型（2－D） 在本章中，将学习使用 GAMBIT 来创建一个混合弯管的几何结构并生成网格。混合弯 管在动力厂和加工工业中经常会遇到。为了正确设计入口，预测弯曲部分邻域的流场和温度 场是很重要的。 在本章中将学到： l 怎样用栅格系统来确定节点 l 怎样使用曲率中心和端点来创建圆弧 l 怎样在节点之间创建直边 l 怎样使用顶点分割圆弧 l 怎样由边创建面 l 怎样确定边上节点的分布 l 怎样在面上生成结构化网格 l 怎样设置边界类型 l 怎样将网格读入 FLUENT 4 l 怎样导出网格 2.1 前提 学习本章之前假设已经学习了第一章并且熟悉 GAMBIT界面。 2.2 问题描述 本问题如图 2-1所示，冷流体从大管进入，热流体从小管进入，两种流体在弯曲部位混 合。 图 2-1：问题 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 图 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.cn 2.3 策略 在本章中，将使用“bottom-up”方法（相对于第一章中的“top-down”方法）创建一个 2 维网格系统。“bottom-up”方法是指首先创建点，再连接点生成边，在连接边生成面（在 3 维系统中，再把面缝合起来生成体）。这个过程需要更多的步骤，结果，正如第一章，形 成一个可以生成网格的几何结构。 本章生成的网格是为了在 FLUENT4中使用，所以，它必须是单块的结构化网格。然而， 这种网格也可以为任何其他的 FLUENT 解算器使用。有时，这种类型网格又叫做映像 （mapped）网格，这是因为每一个网格节点都有唯一的 I、J、K索引。为了满足这个 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ， 必须增加一些额外的步骤，这在本章中将进行介绍。组成几何结构的直边合圆弧创建后，要 创建两个面：一个是主流通道面（弯管），另一个是小的入流通道面。大的面将采用Map方 法生成网格，这就 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 面上对应边上的网格节点数相等。同时，对小的面也将强行使用 Map 方法进行网格化。 本章还将介绍其他几个特点： l 使用背景节点和“snap-to-grid”来快速生成节点 l 使用“选择列表”作为点击鼠标选择的替代 l 确定边上节点的非均匀分布 l 设置边界类型 l 为特殊的 FLUENT解算器（这里为 FLUENT4）导出网格 2.4 步骤 启动 GAMBIT。 第 1步 选择解算器 1. 在主菜单中选择将用来进行 CFD计算的解算器 Solver ->FLUENT 4 选择 FLUENT 4作为 CFD计算的解算器。解算器的选择确定了在现有不同形式中的选择 （如，在 Specify Boundary Types对话框中的不同边界类型选择），当前选定的解算器就出现 在 GAMBIT GUI的顶部。 第二步 创建初始节点 1. 创建节点，确定混合弯管的大管的轮廓。 TOOLS -> COORDINATE SYSTEM -> DISPLAY GRID 打开 Display Grid对话框。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn a) 检查确定对话框中 Visibility被选中。 这将确保背景栅格的可见性。 b) 在 Axis右边选择 X（缺省值）。 c) 在 Minimum文本框中输入-32，Maximum文本框中输入 32，Increment文本框中输入 16。 d) 点击 Update List按钮。 这将在 x方向形成具有四格的背景栅格，并且在 XY_plane X Values列表框中显示出其 x 方向的坐标值。 e) 在 Axis右边选中 Y。 f) 在 Minimum文本框中输入-32，Maximum文本框中输入 32，Increment文本框中输入 16。 g) 点击 Update list按钮。 这将在 y方向形成具有四格的背景栅格，并且在 XY_plane Y Values列表框中显示出其 y 方向的坐标值。 h) 检查 Options下面的 Snap被选中。 在这一步中生成的节点将被附着（snapped）在栅格线交点处。 i) 在 Grid右边选择 Lines（缺省值）。 这个点将用线而不是用点显示。 j) 点击 Apply按钮。 GAMBIT将在图形窗口中画出 4×4 的网格图，如图 2-2 所示。为了便于观察整个网格 图，点击 the Global Control工具箱中的 FIT TO WINDOW命令按钮 。用户可能需要移动 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.cn Display Grid窗口以便能看到 Global Control工具箱。 k) Ctrl-right-click九个网格节点，如图 2-3所示。 "Ctrl-right-click"是指按下 Ctrl键，然后用鼠标右键点击生成顶点的节点。 如果你生成了任何错误的点，都可以使用 UNDO命令按钮 取消。 l) 取消 Display Grid窗口中对 Visibility复选框的选择，点击 Apply按钮。 网格将从图形窗口中消失，这样就可以清楚地看到生成的 9个顶点，如图 2-4所示。 图 2-2：生成顶点的 4×4栅格 图 2-3：在栅格交点处生成顶点 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.cn 第 3步 在弯管的弯曲部位创建圆弧 1. 通过如下的命令按钮选择来创建圆弧 GEOMETRY -> EDGE -> CREATE EDGE R 打开 Create Real Circular Arc对话框。 a） 保留对话框中 Method的缺省设置。 注意，在 Create Real Circular Arc对话框中此时 Center列表框是黄色的，表明它是处于激 活状态，任何顶点的选择都将被输入到此框中。 b） Shift-left-click位于图形窗口中心的顶点（图 2-5中的顶点 E） 图形窗口中被选中的顶点将变成红色，并且其名字将出现在对话框中 Vertices 下面的 Center列表框中。 图 2-4：大管的顶点 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.cn c） 左击 End-Points右边的列表框，使其被激活 ！作为选择，也可以按着 Shift 键，在图形窗口中点击鼠标右键来接受对顶点的选择， 并移动焦点到 End-Points列表框。 注意，现在 End-Points列表框是黄色的，表明它被激活，任何顶点的选择都将被输入到 此列表框中。 d） 在图形窗口中 Shift-left-click中心顶点右边的顶点（图 2-5中的顶点 F）。 该顶点变成红色。 e） 再同样选中顶点下方的顶点（图 2-5中的顶点 D）。 f） 点击 Apply按钮接受选择，并创建圆弧。 2. 重复上面的步骤创建第二条圆弧。圆弧的中心仍是图形窗口的中心（图 2-5中的顶点 E）， 圆弧的端点是中心点右边和下边上次没有被选中的顶点（图 2-5中的顶点 G和 B）。最终画 出的圆弧如图 2-6所示。 图 2-5：创建圆弧的顶点 图 2-6：顶点和圆弧 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.cn 第 4步 创建直边 1. 创建大管的直边 GEOMETRY -> EDGE -> CREATE EDGE R 打开 Create Straight Edge对话框。 a) Shift-left-click小弧的左端点（图 2-7中的顶点 D）。 b) 依次 Shift-left-click如图 2-7所示的顶点 C、A和 B。 c) 点击 Apply按钮接受对顶点的选择。 在这些顶点之间三条直边便画出来了。 d) 依次 Shift-left-click如图 2-7所示的顶点 F、H、I、G。 e) 点击 Apply按钮接受对顶点的选择。 包括圆弧和直边的图形如图 2-8所示。 图 2-7：创建直边的顶点 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.cn 第 5步 创建混合弯管的小管 这一步将在混合弯管弯曲部位的外径上创建顶点，把大圆弧分割成 3段小圆弧。然后再 创建小管入口顶点，最后创建小管的直边。 1. 在弯曲部位外径上创建顶点，将大弧分成 3部分。 GEOMETRY -> EDGE -> SPLIT/MERGE EDGES 打开 Split Edge对话框。 图 2-8：圆弧和直边 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.cn a) 在 Edge选择列表中选择大弧段作为被分割的边。 注意， 也可以在图形窗口中选择该边，Pick List提供了选择一个单元的另一种途径。 ⅰ.在 Split Edge对话框中，鼠标左击 Edge列表框左边的箭头。 这就打开了 Edge Lis对话框，它包括两种类型的选择方式：Single和 Multiple。在 Single 选择列表对话框中，一次只能选择一个目标；在 Multiple选择列表对话框中，一次可以选择 多个目标。 ⅱ.在 Edge List对话框中的 Available下选择 edge.2 。 ！注意，Available下的名称在具体的几何体中可能不同，这取决于创建边的顺序。 ⅲ.点击>按钮，挑出 edge.2。 edge.2从 Available列表中转移到 Picked列表中，图形窗口中，大弧被选中并红色显示。 ⅳ.关闭 Edge List对话框。 这种选择一个目标的方法可以作为在图形窗口中用 Shift-left-click选择的一种替代。关于 选择列表的更多信息参见 GAMBIT User's Guide。 b) 在 Split Edge对话框中的 Type下选择 Real connected（缺省值）。 选择此选项是因为所选择的边是实体，不是虚体，同时还因为分割成的两条边共享 GAMBIT进行分割时创建的顶点。关于实体和虚体的更多信息参见 GAMBIT建模向导。 c) 在 Split With右边选择 Point（缺省值）。 这样就将通过在边上生成一点来分割该边。 d) 在 Type选项菜单中选择 Cylindrical 。 这样就可以用柱坐标来确定 GAMBIT应该在哪儿对边进行分割。 e) 在 Local下面的 t的文本框中输入-39.93。 这就是小管开口处的右边位置与水平方向的夹角，如图 2-1所示。 f) 点击 Apply按钮。 大圆弧就被分割成两个小圆弧，并且生成一个顶点。 g) 使用 Edge List对话框（或者在图形窗口中 Shift-left-click）选中刚创建的两个圆弧中较 大的一个(edge.9)。 h) 在 Local下面 t的文本框中输入值-50.07。 这个值就是小管开口处左边位置与水平方向的夹角（-90+39.93），如图 2-1所示。 i) 点击 Apply按钮。 该弧段又被分割成两部分，并在弯管弯曲部位生成了第二个顶点，如图 2-9所示。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.cn 2. 创建小管入口处的点 GEOMETRY -> VERTEX -> MOVE/COPY VERTICES 打开 Move / Copy Vertices对话框。 a） 选择在弯曲部位创建的第二个顶点。 b） 在 Move / Copy Vertices对话框中 Vertices下面选中 Copy。 c） 在 Operation下面选中 Translate（缺省值）。 d） 在 Global下面输入平移向量（0，-12，0），在距选中顶点下面 12个单位位置处生成一 个新的顶点。 图 2-9：混合弯管外径上生成的顶点 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.cn 入口位置在弯管弯曲部位外径上生成的第二个顶点下面 12个单位处。 注意，当在 Global下输完值后，GAMBIT自动将值填入到 Local下。 e） 点击 Apply按钮。 f） 点击 Global Control工具箱中的 FIT TO WINDOW命令按钮 ，使图形与窗口匹配。 g） 在图形窗口中选中刚生成的顶点。 h） 在 Move / Copy Vertices对话框中的 Global下输入平移向量（4，0，0），在距选中顶点右 边 4个单位位置处生成一个新的顶点。 i） 点击 Apply按钮。 生成的顶点如图 2-10所示。 3. 创建小管的直边 GEOMETRY -> EDGE -> CREATE EDGE 打开 Create Straight Edge对话框 a） 依次选中如图 2-11所示的顶点 K、L、M、J，创建小管的直边。 图 2-10：确定小管的顶点 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.cn 创建的小管如图 2-12所示。 第 6步 由边创建面 1. 创建大管的面 GEOMETRY -> FACE -> FORM FACE 打开 Create Face From Wireframe对话框。 2-11：用来创建小管的顶点 图 2-12： 创建完后的小管 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.cn a） 依次 Shift-left-click大管各边，形成一个回路。 ！大管由 10条边组成，如图 2-13所示。如果选择了一条不正确的边，点击 Create Face From Wireframe 窗口中的 Reset按钮，撤销对所有边的选择，再重新选择正确的边。 注意，选择的边必须形成一个封闭回路，边的选择可以以任何顺序进行。另一种选择几 条边的方法是用 Shift-left-drag 画一个包围所有边的方框，方框不一定要包围所有的边，只 需要能包围需要选择的边的一部分即可。当释放鼠标后，边就会被选中。 b） 点击 Apply按钮，接受对边的选择，并创建一个面 创建的面的各条边以蓝色显示。 2. 选中如图 2-14所示的四条边，创建小管的面。 图 2-13：创建大管面的边 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.cn 第 7步 确定节点的分布 这一步是确定几何体各边上的节点密度。这可以通过选中一条边，分配节点数，确定节 点在边上的分布等步骤来完成。 1. 确定大管入口和出口边的节点密度 MESH -> EDGE -> MESH EDGES 打开 Mesh Edges对话框。 图 2-14：创建小管面的边 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.cn a) Shift-left-click图 2-15中的 EA边。 该边的颜色会发生改变，并且一个箭头和几个圆圈会出现在该边上。 b) Shift-left-click图 2-15中的 EB边。 c) 检查确定 Mesh Edges对话框中 Grading右边的 Apply被选中，并在 Type选项菜单中选 择 Successive Ratio。 Successive Ratio选项设定边上连续点之间的距离比等于设定的 Ratio值。 d) 在 Ratio右边的文本框中输入 1.25。 作为选择，也可以滑动 Ratio滑块直到 Ratio文本框中显示出 1.25。 e) 选中 Grading下面的 Double sided复选框。 如果确定了边上的 Double sided 等级（Grading），单元间隔就从边上的一个起点开始沿 两个方向分级。GAMBIT是这样确定起始点的，即该点两边的间隔大致相同。 注意，当选择了 Double sided复选框，Ratio就会变为 Ratio 1和 Ratio 2。另外，Ratio文 本框中输入的值将自动输入到 Ratio 1和 Ratio 2的文本框中。 f) 在 Spacing下面的选项菜单中选择 Interval count，在其文本框中输入值 10，选中 Spacing 右边的 Apply。 GAMBIT将在边上生成 10个间隔。 g) 点击 Apply按钮。 图 2-16显示出了大管入口和出口边上的网格。 图 2-15：网格化的边 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.cn 2. 网格划分大管的四条直边 a） 选择图 2-16中的 EC、ED、EE和 EF边。 b） 在 Mesh Edges对话框的 Grading右边选择 Apply，并点击 Grading右边的 Default按钮。 GAMBIT将撤销对 Double-sided的选择，并设置 Ratio为 1。 c） 检查确定 Spacing右边的 Apply被选中，并在其选项菜单中选择 Interval count。 d） 在 Spacing下面的文本框中输入值 15，点击 Apply按钮。 大管直边上的网格如图 2-17所示。 图 2-16：大管入口和出口边的网格化 图 2-17：大管直边的网格 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.cn 3. 网格划分两管连接边 a） 选择图 2-17中的 EG边。 b） 检查确定 Mesh Edges对话框中的 Grading右边的 Apply被选中，并设置 Ratio为 1。 c） 检查确定 Spacing右边的 Apply被选中，在其选项菜单中选择 Interval count，并在 Spacing 下面的文本框中输入值 6。 d） 点击 Apply按钮。 4. 网格划分混合弯管弯曲部位的外径的两边 a） 选择图 2-17 中的 EH 边，边上的箭头应该指向小管。如果有必要，Shift-Middle-Click 该边来改变箭头的方向。 ！箭头很小，可以通过放大改变来检查，它位于边的中部。 b） 选择图 2-17中的 EI 边，同样，箭头应指向小管。如果有必要，Shift-middle-click该边 来改变箭头的方向。 c） 在 Mesh Edges对话框的 Grading右边选择 Apply，并在 Ratio文本框中输入值 0.9。 d） 检查确定 Spacing右边的 Apply仍被选中，从选项菜单中选择 Interval count ，并在 Spacing 下面的文本框中输入值 12。 e） 点击窗口底部的 Apply按钮。 弯曲部位外径两条边的网格如图 2-18所示。 5. 设置混合弯管弯曲部位内部的网格等级（Grading） a） 在图 2-18中选择 EJ边。 b） 检查确定 Mesh Edges对话框中 Grading右边的 Apply被选中，并在 Ratio文本框中输入 值 0.85。 c） 选中 Double sided复选框。 d） 撤销对 Spacing右边的 Apply的选择。 在这里不用设置边上节点的间距，GAMBIT在对面网格化是会计算边上节点的间距。本 例采用 Mapped Mesh对面进行网格划分，所以，弯管弯曲部位的内径上的节点数必须与外 径上的节点数相等，GAMBIT会自动确定正确的节点数量。 图 2-18：管子弯曲部位外部的网格 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.cn e） 撤销对话框中对 Options下面的 Mesh的选择，点击 Apply按钮。 撤销 Mesh 复选框是因为不需要对边进行网格划分，只需对边进行等级划分。当下一步 对混合弯管大管进行网格划分时，GAMBIT将用具体的等级（Grading）对边进行网格划分。 混合弯管的边的网格划分结果如图 2-19所示。 第 8步 生成面的结构化网格 1. 对大管生成结构化网格 图 2-19：混合弯管边的网格化 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.cn MESH -> FACE -> MESH FACES 打开Mesh Faces对话框。 a） 在图形窗口中 Shift-left-click大管。 注意，图形窗口中该面上是个顶点都标有“E”，表示它们都是端点。因此，GAMBIT 将在 Mesh Faces对话框中的 Scheme下自动选择 MapType。更多的关于 Map网格化的信息参 见 GAMBIT Modeling Guide。 b） 点击 Apply按钮。 GAMBIT将忽略 Spacing下的 Interval size设置，这是因为采用的是 mapped网格化方法， 并且一条边的网格化将决定所有边的网格。 注意，在生成面网格之前，GAMBIT 将计算混合弯管弯曲部位内径的节点数，并显示 出这些节点。大管的网格化结果如图 2-20所示。 图 2-20：大管的结构化网格 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.cn 2. 网格划分混合弯管的小管 a） 在图形窗口中选择小管。 这里将强制 GAMBIT使用 Map方法网格划分小管面。 b） 在 Mesh Faces对话框中，在 Scheme下的 Elements选项菜单中选择 Quad，并从 Type右 边的选择菜单中选择 Map。 这是一个关于“enforced mapping”的例子，GAMBIT将自动改变面的顶点类型以适合 所选择的网格划分方法。更多的关于面顶点类型的信息参见 GAMBIT Modeling Guide。 c） 保留 Spacing下面的缺省设置 Interval size为 1，再点击 Apply按钮。 整个弯管的结构化网格如图 2-21所示。 第 9步 设置边界类型 1. 设置边界类型之前，去除网格的显示 这样容易看清几何体的边和面。网格其实并没有真的被删除，只是从图形窗口中除去。 a) 点击 Global Control工具箱中的 SPECIFY MODEL DISPLAY ATTRIBUTES命令按钮 。 b) 选择对话框底部附近 Mesh右边的选项菜单中的 Off。 c) 点击 Apply按钮，并关闭该对话框。 2. 设置混合弯管的边界类型 ZONES -> SPECIFY BOUNDARY TYPES 打开 Specify Boundary Types对话框。 图 2-21：混合弯管的结构化网格 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.cn 注意，选择的解算器 FLUENT 4出现在对话框的顶部，Specify Boundary Types对话框显 示何种类型取决于选择的解算器。 a) 定义入口边界 ⅰ.在对话框中的 Name文本框中输入名称 Inflow1。 如果没有确定名称，GAMBIT将根据 Type和 Entity列表中的选择来给边界缺省地设置 一个名称。 ⅱ.在 Type选项菜单中选择 INFLOW。 ⅲ.在 Entity选项菜单中选择 Edges 。 ⅳ.在图形窗口中用 Shift-left-click选中混合弯管的主入流口（图 2-22中的 EA），点击 Apply 按钮接受选择。 这条边就被设为入口边界。 ⅴ.在 Name文本框中输入 Inflow2。 ⅵ.检查确定 Type选项菜单中的 INFLOW仍被选中，选中图 2-22中的 EK 边（小管入口）， 点击 Apply按钮，接受对该边的选择。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.cn d) 定义出口边界 1. 在 Name文本框中输入 Outflow。 2. 在 Type下面的选项菜单中选择 OUTFLOW。 3. 在混合弯管中选择主出口（图 2-22中的 EB），点击 Apply按钮，接受选择。 混合弯管的入口和出口边界如图 2-23所示。 注意，也可以设置混合弯管的剩下边为壁面边界，不过这是没有必要的，因为当 GAMBIT 保存网格时，没有确定边界类型的边都将被缺省设置为壁面边界。另外，当 GAMBIT写网格时，任何没有确定连续介质类型的面都将被缺省设为 FLUID，这就意味着在 本章中不需要在 Specify Continuum Types对话框中设置连续介质类型。 第 10步 导出网格，保存任务 1. 导出混合弯管的网格文件 图 2－22：混合弯管的边界类型 图 2-23：混合弯管的入流和出流边界 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.cn File -> Export -> Mesh… 打开 Export Mesh File对话框。注意，File Type是 Structured FLUENT 4 Grid。 a) 在 File Name中输入导出的文件名（2-DELBOW.GRD）。 b) 点击 Accept按钮。 网格文件将被写入当前工作目录下。 2. 保存 GAMBIT任务并退出 GAMBIT File -> Exit GAMBIT将提示是否希望在退出之前保存当前任务。 点击 Yes按钮，保存当前任务并退出 GAMBIT。 2.5 小结 本章介绍了怎样使用“bottom-up”方法生成 2-D网格。FLUENT 4中使用的网格是单块 的结构化网格。2-D网格生成的几个其他特点也在本章中作了介绍，包括用背景栅格确定顶 点，创建直边和圆弧，以及确定单边上的节点分布。与第一章相比，本章忽略了一些细节， 但是，生成读入解算器的网格所要求的步骤都有覆盖，包括怎样设置边界类型，选择具体的 Fluent解算器，最后写入网格文件。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 ÿ www.fineprint.cn