4.2　ANSYS ICEM CFD网格划分

ANSYS ICEM CFD是一款计算前后处理的软件，包括几何创建、网格划分、前处理条件设置、后处理等功能。在CFD网格生成领域，优势更为突出。

ANSYS ICEM CFD提供了高级几何获取、网格生成、网格优化及后处理工具，以满足当今复杂分析对集成网格生成与后处理工具的需求。

为了在网格生成与后处理中与几何保持紧密联系，ANSYS ICEM CFD被用于诸如计算流体动力学与结构分析中。

ANSYS ICEM CFD的网格生成工具提供了参数化创建网格的能力，包括许多不同格式，例如：

（1）Multiblock structured（多块结构网格）。

（2）Unstructured hexahedral（非结构六面体网格）。

（3）Unstructured tetrahedral（非结构四面体网格）。

（4）Cartesian with H-grid refinement（带H型细化的笛卡儿网格）。

（5）Hybird meshed comprising hexahedral,tetrahedral,pyramidal and/or prismatic elements（混合了六面体、四面体、金字塔或棱柱形网格的杂交网格）。

（6）Quadrilateral and triangular surface meshes（四边形和三角形表面网格）。

ANSYS ICEM CFD提供了几何与分析间的直接联系。在ICEM CFD中，集合可以以商用CAD设计软件包、第三方公共格式、扫描的数据或点数据的任何格式导入。

4.2.1　工作流程

ICEM CFD的一般工作流程如图4-1所示，主要包括以下5个步骤：

（1）打开/创建一个工程。

（2）创建/导入几何体。

（3）创建网格。

（4）检查/编辑网格。

（5）生成求解器的导入文件。

4.2.2　ICEM CFD的文件类型

ICEM CFD工作流程中的一般文件类型如表4-1所示。

4.2.3　ICEM CFD的用户界面

ICEM CFD的图形用户接口（GUI）提供了一个创建和编辑计算网格的完整环境。图4-2所示为ICEM CFD的图形用户界面。左上角为主菜单，在其下方为工具按钮，包含了诸如Save及Open之类的命令。

与工具按钮栏相平齐的为功能选项卡，它从左至右的顺序也是一个典型网格生成过程的顺序。

单击选项卡上的标签，可将功能按钮显示在前台，单击其中的按钮，可激活该按钮所关联的数据对象区（Data Entry Zone）。

同时还包含选择工具条，在界面的右下角还包含文本信息区和图形显示区。在用户界面的左上角为操作控制树目录，用户可以使用该目录修改规定显示、属性及创建子集等。

4.2.4　ANSYS ICEM CFD基本用法

ICEM CFD是功能强大的几何建模和网格划分工具，本节将介绍ICEM CFD几何模型创建、几何模型导入、网格生成、块的生成、网格编辑、网格输出等基本操作。

4.2.4.1　ICEM CFD几何模型的创建

在进行流体计算中，不可避免地要创建流体计算域模型。除使用其他几何建模软件以外，ICEM CFD也具备一定的几何建模能力，其主要包含以下两种建模思路：

（1）自底向上建模方式。遵循“点—线—面”的几何生成方法。首先创建几何关键点，由点连接生成曲线，再由曲线生成曲面。这里与其他软件不同的是，ICEM CFD中并没有实体的概念。其最高一级几何为曲面。至于在创建网格中所建的body只是拓扑意义上的体。

（2）自顶向下建模方式。在ICEM CFD中可以创建一些基本几何，如箱体、球体、圆柱体。在建模过程中，可以直接创建这些基本几何，然后通过其他方式对几何进行修改。

下面介绍基本几何的创建方式，包括点、线、面等。

1．点的创建

单击Geometry标签，再单击（创建点）按钮，即可进入点创建工具面板。该面板包含的按钮如图4-3所示，下面依次进行功能描述。

（1）Part（部件）：若未勾选Inherit Part复选框，则该区域可编辑。可将新创建的点放入指定的Part中。默认此项为GEOM，且Inherit Part被勾选。

（2）Screen Select（屏幕选择点）：单击该按钮后可在屏幕上选取任何位置进行点的创建。

（3）Explicit Coordinates（坐标输入）：单击此按钮，进行精确位置点的创建。可选模式包括单点创建及多点创建，如图4-4所示。

图4-4（a）为单点创建模式，输入点的x、y、z坐标即可创建点。而图4-4（b）则为多点创建模式，可以使用表达式创建多个点。

表达式可以包含有+、–、/、*、^、( )、sin( )、cos( )、tan( )、asin( )、acos( )、atan( )、log( )、log10( )、exp( )、sqrt( )、abs( )、distance(pt1,pt2)、angle(pt1,pt2,pt3)、X(pt1)、Y(pt1)、Z(pt1)。所有的角度均以“°”为单位。

●　第一个文本框表示变量，包含有两种格式：列表形式（m1 m2 … mn）与循环格式（m1,mn,incr）。主要区别在于是否有逗号。没有逗号为列表格式，有逗号为循环格式。

如0.1 0.3 0.5 0.7为列表格式；而0.1,0.5,0.1则为循环格式，表示起始值为0.1，终止值为0.5，增量为0.1。

●　F(m)->X为点的X方向坐标，通过表达式进行计算。

●　F(m)->Y为点的Y方向坐标，通过表达式进行计算。

●　F(m)->Z为点的Z方向坐标，通过表达式进行计算。

图4-4（b）中实际上是创建一个螺旋形的点集。

（4）Base Point and Delta（基点偏移法）：以一个基准点及其偏移值创建点。使用时需要指定基准点以及相对该点的x、y、z坐标。

（5）Center of 3 Points（三点定圆心）：可以利用此按钮创建三个点或圆弧的中心点。选取三个点创建中心点，其实是创建了由此三点构建的圆的圆心。

（6）Based on 2 Locations（两点之间定义点）：此命令按钮利用屏幕上选取的两点创建另一个点。单击此按钮后出现如图4-5所示的操作面板。

用此方法创建点有两种方式，其一为如图4-5所示的参数方法，其二为指定点的个数的方法。

如图4-5所示，若设置参数值为0.5，则创建所指定两点连线的中点。此处的参数为偏离第一点的距离，该距离计算方式为两点连线的长度与指定参数的乘积。

而采用指定点的个数的方式，则在两点间创建一系列点。若指定点个数为1，则创建中点。

（7）Curve Ends（线的端点）：单击此按钮创建两个点，所创建的点为选取的曲线的两个终点。

（8）Curve-Curve Intersection（线段交点）：创建两条曲线相交所形成的交点。

（9）Parameter along a Curve（线上定义点）：与方式（6）类似，所不同的是此按钮选取的是曲线，创建的是曲线的中点或沿曲线均匀分布的N个点。

（10）Project Point to Curve（投影到线上的点）：将空间点投影到某一曲线上，创建新的点。该按钮中的选项可以使新创建的点分割曲线。

（11）Project Point to Surface（投影到面上的点）：将空间点投影到曲面上创建新的点。

创建点的方式一共有11种，其中前3种主要用于几何创建，后面8种主要用于划分网格中辅助几何的构建。但它们都可以用于创建几何体。

2．线的创建

单击Geometry标签，再单击（创建线）按钮，即可进入线创建工具面板。该面板包含的按钮如图4-6所示，下面对部分按钮进行功能描述。

（1）From Points（多点生成样条线）：该按钮为利用已存在的点或选择多个点创建曲线。需要说明的是：若选择的点为两个，则创建直线；若点的数目多于两个，则自动创建样条曲线。

（2）Arc Through 3 Points（3点定弧线）：圆弧创建按钮。圆弧的创建方式有两种：①三点创建圆弧；②圆心及两点。

选用三点创建圆弧时，第一点为圆弧起点，最后选择的点为圆弧终点。

采用第二种方式进行圆弧创建时，也有两种方式，如图4-7所示。若采用Center的方式，则第一个选取的点与第二点间的距离为半径，第三点表示圆弧弯曲的方向。若采用Start/End方式，则第一点并非圆心，只是指定了圆弧的弯曲方向，而第二点与第三点为圆弧的起点与终点。当然这两种方式均可以人为地确定圆弧半径。

（3）Arc from Center Point/2 Points on Plane（圆心和两点定义圆）：该按钮主要用于创建圆。采用如图4-8所示的方式，规定一个圆心加两个点的方式。选取点时，第一次选择的点为圆心。

若没有人为地确定半径值，则第一点与第二点间的距离为圆的半径值。可以设定起始角与终止角。若规定了半径值，则其实是用第一点与半径创建圆，第二点与第三点的作用是联合第一点确定圆所在的平面。

（4）Surface Parameter（表面内部抽线）：根据平面参数创建曲线。该按钮的功能与块切割的作法很相似，本功能在实际应用中用得很少。

（5）Surface-Surface Intersection（面相交线）：此功能按钮用于获取两相交面的交线。使用起来也很简单，直接选取两个相交的曲面即可。选择方式可以是直接选取面、选择part以及选取两个子集。

（6）Project Curve on Surface（投影到面上的线）：曲线向面投影。有两种操作方式，即沿面法向投影和指定方向投影。沿面法向投影方式只需要指定投影曲线及目标面。而选用指定方向投影的方式，则需要人为指定投影方向。

3．面的创建

单击Geometry标签，再单击（创建面）按钮，即可进入面创建工具面板。该面板包含的按钮如图4-9所示，下面对部分按钮进行功能描述。

（1）From Curves（由线生成面）：单击此按钮，可以通过曲线创建面。可选模式包括选择二～四条边界曲线创建面、选择多条重叠或不相互连接的线创建面和选择四个点创建面。

（2）Curve Driven（放样）：单击此按钮，可以通过选取一条或多条曲线沿引导线扫掠创建面。

（3）Sweep Surface（沿直线方向放样）：单击此按钮，可以通过选取一条曲线沿矢量方向或直线扫掠创建面。

（4）Surface of Revolution（回转）：单击此按钮，可以通过设定起始和结束角度，选取一条曲线沿轴回转创建面，如图4-10所示。

（5）Loft surface on several curves（利用数条曲线放样成面）：单击此按钮，可以通过利用多条曲线放样的方法生成面。

4.2.4.2　几何文件导入

由于ICEM CFD的建模功能较弱，因此，对于一些复杂结构模型，常需要在专业的CAD软件中进行创建，然后再将几何文件导入ICEM CFD来完成网格划分。

ICEM CFD可以接受多种CAD软件绘制的几何文件，如图4-11所示。

4.2.4.3　网格生成

ICEM CFD生成的网格主要分为四面体网格、六面体网格、三棱柱网格、O-Grid网格等。其中：

●　四面体网格能够很好地贴合复杂的几何模型，生成过程较简单。

●　六面体网格质量高，需要生成的网格数量相对较少，适合对网格质量要求较高的模型，但生成过程复杂。

●　三棱柱网格适合薄壁几何模型。

●　O-Grid网格适合圆或圆弧模型。

选择哪种网格类型进行网格划分要根据实际模型的情况来确定，甚至可以将几何模型分割成不同的区域，采用多种网格类型来进行网格划分。

ICEM CFD为复杂模型提供了自动网格生成功能，使用此功能能够自动生成四面体网格和描述边界的三棱柱网格，网格生成工具如图4-12所示。

网格生成主要具备以下功能：

1．Global Mesh Setup（全局网格设定）

（1）（全局网格尺寸）：设定最大网格尺寸及比例尺来确定全局网格尺寸，如图4-13所示。

●　Scale Factor（比例因子）：用来改变全局的网格尺寸（体、表面、线），通过乘以其他参数来得到实际网格参数。

●　Global Element Seed Size（全局单元源尺寸）：用来设定模型中最大可能的网格大小。

提示

参数值可以设置任意大的值，实际网格很可能达不到那么大。

●　Display（显示）：显示体网格的大小示意图，如图4-14所示。

（2）（表面网格尺寸）：设定表面网格类型及大小，如图4-15所示。

Mesh type（网格类型）有以下四种网格类型可供选择：

●　All Tri：所有网格单元类型为三角形。

●　Quad w/one Tri：面上的网格单元大部分为四边形，最多允许有一个三角形网格单元。

●　Quad Dominant：面上的网格单元大部分为四边形，允许有一部分三角形网格单元存在。这种网格类型多用于复杂的面，此时如果生成全部四边形网格会导致网格质量非常低，对于简单的几何，该网格类型和Quad w/one Tri生成的网格效果相似。

●　All Quad：所有网格单元类型为四边形。

●　Mesh Method（网格生成方法）有以下四种网格生成方法可供选择：

●　AutoBlock：自动块方法，自动在每个面上生成二维的Block，然后生成网格。

●　Patch Dependent：根据面的轮廓线来生成网格，该方法能够较好地捕捉几何特征，创建以四边形为主的高质量网格。

●　Patch Independent：网格生成过程不严格按照轮廓线，使用稳定的八叉树方法，在生成网格过程中能够忽略小的几何特征，适用于精度不高的几何模型。

●　Shrinkwrap：是一种笛卡儿网格生成方法，会忽略大的几何特征，适用于复杂的几何模型快速生成面网格，此方法不适合薄板类实体的网格生成。

（3）（体网格尺寸）：设定体网格类型及大小，如图4-16所示。

Mesh Type（网格类型）有以下三种网格类型可供选择。

●　Tetra/Mixed：是一种应用广泛的非结构网格类型。在默认情况下自动生成四面体网格（Tetra），通过设定可以创建三棱柱边界层网格（Prism），也可以在计算域内部生成以六面体单位为主的体网格（Hexcore），或者生成既包含边界层又包含六面体单元的网格。

●　Hex-Dominant：是一种以六面体网格为主的体网格类型，此种网格在近壁面处网格质量较好，在模型内部网格质量较差。

●　Cartesian：是一种自动生成的六面体非结构网格。

不同的体网格类型对应着不同的网格生成方法，Mesh Method（网格生成方法）主要有以下几种可供选择。

●　Robust（Octree）：适用于Tetra/Mixed网格类型，此方法使用八叉树方法生成四面体网格，是一种自上而下的网格生成方法，即先生成体网格，然后生成面网格。对于复杂模型，不需要花费大量时间用于几何修补和面网格的生成。

●　Quick（Delaunay）：适用于Tetra/Mixed网格类型，此方法生成四面体网格是一种自下而上的网格生成方法，即先生成面网格，然后生成体网格。

●　Smooth（Advancing Front）：适用于Tetra/Mixed网格类型，此方法生成四面体网格是一种自下而上的网格生成方法，即先生成面网格，然后生成体网格。与Quick方法不同的是，近壁面网格尺寸变化平缓，对初始的面网格质量要求较高。

●　Tgrid：适用于Tetra/Mixed网格类型，此方法生成四面体网格是一种自下而上的网格生成方法，能够使近壁面网格尺寸变化平缓。

●　Body-Fitted：适用于Cartesian网格类型，此方法创建非结构笛卡儿网格。

●　Staircase（Global）：适用于Cartesian网格类型，该方法可以对笛卡儿网格进行细化。

●　Hexa-Core：适用于Cartesian网格类型，该方法生成六面体为主的网格。

（4）（棱柱网格尺寸）：设定棱柱网格大小，如图4-17所示。

在Global Prism Parameters（全局参数）中包括以下参数。

●　Growth law（增长规律）：有Exponential（指数）、Linear（线性）两种类型。

●　Initial height（初始高度）：不指定时自动计算。

●　Number of layers（层数）：设定层数。

●　Height ratio（高度比率）：设定高度比率。

●　Total height（总高度）：总棱柱厚度。

●　Compute params（将计算余下的参数）：指定以上四个参数中的三个，余下的一个可通过计算得到。

在Prism element part controls（局部参数）中，可为各个part单独设定初始高度，高度比率和层数如图4-18所示。

●　New volume part：指定新的part存放棱柱单元或者从已有的面或体网格part中选择。

●　Side part：存放侧面网格的part。

●　Top part：存放最后一层棱柱顶部三角形面单元。

●　Extrude into orphan region：当选中时，向已有体单元外部生长棱柱，而不是向内。

在Smoothing Options（光顺选项）中包括如下参数。

●　Number of surface smoothing steps（光顺步数）：当仅拉伸一层时，设表面/体光顺步为0，值的设定根据模型及用户的经验。

●　Triangle quality type（三角网格质量类型）：一般选择Laplace。

●　Max directional smoothing steps（最大光顺步数）：根据初始棱柱质量重新定义拉伸方向，在每层棱柱生成过程中都计算。

其他还有如下参数。

●　Fix marching direction（保持正交）：保持棱柱网格生成与表面正交。

●　Min prism quality（最低网格质量）：设置最低允许棱柱质量，当质量不满足时，从新方向光顺或者用金字塔型单元覆盖或替换。

●　Ortho weight（正交权因子）：节点移动权因子（0为提高三角形质量，1为提高棱柱正交性）。

●　Fillet ratio（圆角比率）：0表示无圆角，1表示圆角曲率等于棱柱层高度，如图4-19所示。

●　Max prism angle（最大棱柱角）：控制弯曲附近或到邻近曲面棱柱层的生成，在棱柱网格停止的位置用金字塔连接形成网格，通常设置为120°到180°范围内，如图4-20所示。

●　Max height over base（最大基准高度）：限制棱柱体网格的纵横比，在棱柱体网格的纵横比超过指定值的区域，棱柱层停止生长，如图4-21所示。

●　Prism height limit factor（棱柱高度限制系数）：限制网格的纵横比，如果factor达到指定值，棱柱体网格的高度不会扩展，保证指定的棱柱体网格层数，如果相邻两个单元尺寸差异的factor大于2时，功能失效，如图4-22所示。

（5）（设定周期性网格）：设定周期性网格的类型及尺寸，如图4-23所示。

棱柱网格尺寸和设定周期性网格设置相对简单，限于篇幅在此不再赘述，请参考帮助文档。

2．Parts Mesh Setup（特定部位网格尺寸设定）

设定几何模型中指定区域的网格尺寸，如图4-24所示。可以通过将几何模型中的特征尺寸区域定义为一个Part，设置较小的网格尺寸来捕捉细致的几何特征，或者将对计算结果影响不大的几何区域定义为一个Part：设置较大的网格尺寸来减少网格生成的计算量，提高数值计算的效率。

3．Surface Mesh Setup（表面网格设定）

通过鼠标选择几何模型中一个或几个面，设定其网格尺寸，如图4-25所示。

主要参数如下：

●　Maximum size：基于边的长度。

●　Height：面上体网格的高，仅适用于六面体/三棱柱。

●　Height ratio：六面体/三棱柱层的增长率。

●　Number of layers：均匀的四面体增长层数或三棱柱增长层数，大小由表面参数确定。

●　Tetra size ratio：四面体平均生长率。

●　Minimum size：表面最小的四面体，自动细分的限制。

●　Maximum deviation：表面三角形中心到表面的距离小于设定值，就停止细分。

4．Curve Mesh Parameters（曲线网格参数）

设定几何模型中指定曲线的网格尺寸，如图4-26所示。

主要参数如下：

●　Maximum size：基于边的长度。

●　Number of nodes：沿曲线的节点数。

●　Height：面上体网格的高，仅适用于六面体/三棱柱。

●　Height ratio：六面体/三棱柱层的增长率。

●　Number of layers：均匀的四面体增长层数或三棱柱增长层数，大小由表面参数确定。

●　Tetra size ratio：四面体平均生长率。

●　Minimum size：表面最小的四面体，自动细分的限制。

●　Maximum deviation：表面三角形中心到表面的距离小于设定值，就停止细分。

5．Create Mesh Density（网格加密）

通过选取几何模型上的一点，指定加密宽度、网格尺寸和比例，生成以指定点为中心的网格加密区域，如图4-27所示。

●　Size：网格尺寸。

●　Ratio：网格生长比率。

●　Width：密度盒内填充网格的层数。

网格加密的类型有两种：

●　Points：用2～8个位置的点（2点为圆柱状），如图4-28所示。

●　Entity bounds：用选择对象的边界作密度盒。

6．Define Connections（定义连接）

同时定义连接两个不同的实体，如图4-29所示。

7．Mesh Curve（生成曲线网格）

为一维曲线生成网格，如图4-30所示。

8．Compute Mesh（计算网格）

根据前面的设置生成二维面网格、三维体网格或三棱柱网格。

（1）（面网格）：生成二维面网格，如图4-31所示。

MeshType（网格类型）有以下四种网格类型可供选择。

●　All Tri：所有网格单元类型为三角形。

●　Quad w/one Tri：面上的网格单元大部分为四边形，最多允许有一个三角形网格单元。

●　Quad Dominant：面上的网格单元大部分为四边形，允许有一部分三角形网格单元的存在。这种网格类型多用于复杂的面，此时如果生成全部四边形网格会导致网格质量非常低，对于简单的几何，该网格类型和Quad w/one Tri生成的网格的效果相似。

●　All Quad：所有网格单元类型为四边形。

（2）（体网格）：生成三维体网格，如图4-32所示。

Mesh Type（网格类型）有以下四种网格类型可供选择。

●　Tetra/Mixed：是一种应用广泛的非结构网格类型。在默认情况下自动生成四面体网格（Tetra），通过设定可以创建三棱柱边界层的网格（Prism），也可以在计算域内部生成以六面体单位为主的体网格（Hexcore），或者生成既包含边界层又包含六面体单元的网格。

●　Hex-Dominant：是一种以六面体网格为主的体网格类型，此种网格在近壁面处网格质量较好，在模型内部网格质量较差。

●　Cartesian：是一种自动生成的六面体非结构网格。

●　（三棱柱网格）：生成三棱柱网格，一般用来细化边界，如图4-33所示。

4.2.4.4　块的生成

除了自动生成网格，ICEM CFD还可以通过生成Block（块）来逼近几何模型，在块上生成质量更高的网格。

ICEM CFD生成块的方式主要有两种：自上而下及自下而上。自上而下生成的块方式类似于雕刻家，将一整块以切割、删除等操作方式，构建符合要求的块。

而自下而上则类似于建筑师，从无到有一步步地以添加的方式构建符合要求的块。不管是以何种方式进行块的构建，最终的块通常都是相类似的。块生成工具如图4-34所示。

1．Create Block（生成块）

生成块用于包含整个几何模型，如图4-35所示。

生成块的方法如下。

●　（生成初始块）：通过选定部位的方法生成块。

●　（从顶点或面生成块）：使用选定顶点或面的方法生成块。

●　（拉伸面）：使用拉伸二维面的方法生成块。

●　（从二维到三维）：将二维面生成三维块。

●　（从三维到二维）：将三维块转换成二维面。

2．Split Block（分割块）

将块沿几何变形部分分割开来，从而使块能够更好地逼近几何模型，如图4-36所示。

分割块的方法如下。

●　（分割块）：直接使用界面分割块。

●　（生成O-Grid块）：将块生成O-Grid网格形式。

●　（延长分割）：延长局部的分割面。

●　（分割面）：通过面上边线分割面。

●　（指定分割面）：通过端点分割块。

●　（自由分割）：通过手动指定的面分割块。

3．Merge Vertices（合并顶点）

将两个以上的顶点合并成一个顶点，如图4-37所示。

合并顶点的方法如下。

●　（合并指定顶点）：通过指定固定点和合并点的方法，将合并点向固定点移动，从而合成新顶点。

●　（使用公差合并顶点）：合并在指定公差极限内的顶点。

●　（删除块）：通过删除块的方法将原来块的顶点合并。

●　（指定边缘线）：通过指定边缘线的方法将端点合并到线上。

4．Edit Blocks（编辑块）

通过编辑块的方法得到特殊的网格形式，如图4-38所示。

编辑块的方法如下。

●　（合并块）：将一些块合并为一个较大的块。

●　（合并面）：将面和与之相邻的块合并。

●　（修正O-Grid网格）：更改O-Grid网格的尺寸因子。

●　（周期顶点）：将选定的几个顶点之间生成周期性。

●　（修改块类型）：通过修改块类型生成特殊网格类型。

●　（修改块方向）：改变块的坐标方向。

●　（修改块编号）：更改块的编号。

5．Associate（生成关联）

在块与几何模型之间生成关联关系，从而使块更加逼近几何模型，如图4-39所示。

生成关联的方法包括如下几种。

●　（关联顶点）：选择块上的顶点及几何模型上的顶点，将两者关联。

●　（关联边界与线段）：选择块上的边界和几何体上的线段，将两者关联。

●　（关联边界到面）：将块上的边界关联到几何体的面上。

●　（关联面到面）：将块上的面关联到几何体的面上。

●　（删除关联）：删除选中的关联。

●　（更新关联）：自动在块与最近的几何体之间建立关联。

●　（重置关联）：重置选中的关联。

●　（快速生成投影顶点）：将可见顶点或选中顶点投影到相对应点、线或面上。

●　（生成或取消复合曲线）：将多条曲线形成群组，形成复合曲线，从而可以将多条边界关联到一条直线上。

●　（自动关联）：以最合理的原则自动关联块和几何模型。

6．Move Vertices（移动顶点）

通过移动顶点的方法使网格角度达到最优化，如图4-40所示。

移动顶点的方法包括如下几种。

●　（移动顶点）：直接用鼠标拖动顶点。

●　（指定位置）：为顶点直接指定位置，可以直接指定顶点坐标，或者选择参考点和相对位置的方法指定顶点位置。

●　（沿面排列顶点）：指定平面，将选定顶点沿着面边界排列。

●　（沿线排列顶点）：指定参考线段，将选定顶点移动至此线段上。

●　（设定边界长度）：通过修改边界长度的方法移动顶点。

●　（移动或旋转顶点）：移动或旋转顶点。

7．Transform Blocks（变换块）

通过对块的变换复制生成新的块，如图4-41所示。

变换块的方法主要包括如下几种。

●　（移动）：通过移动的方法生成新块。

●　（旋转）：通过旋转的方法生成新块。

●　（镜像）：通过镜像的方法生成新块。

●　（成比例缩放）：以一定比例缩放生成新块。

●　（周期性复制）：周期性的复制生成新块。

8．Edit Edges（编辑边界）

通过对块的边界进行修整以适应几何模型，如图4-42所示。

编辑边界的方法包括如下几种。

●　分割边界。

●　移出分割。

●　通过关联的方法设定边界形状。

●　移出关联。

●　改变分割边界类型。

9．Pre-Mesh Params（预设网格参数）

指定网格参数供用户预览，如图4-43所示。

预设网格参数包括如下几种。

●　（更新尺寸）：自动计算网格尺寸。

●　（指定因子）：指定一固定值将网格密度变为原来的n倍。

●　（边界参数）：指定边界上节点个数和分布原则。

●　（匹配边界）：将目标边界与参考边界相比较，按比例生成节点个数。

●　（细化块）：允许用户使用一定的原则细化块。

10．Pre-Mesh Quality（预览网格质量）

该功能预览网格质量，以便修正网格，如图4-44所示。

11．Pre- Mesh Smooth（预览网格平滑）

预览网格平滑以提高网格质量，如图4-45所示。

12．Check Blocks（检查块）

检查块的结构，如图4-46所示。

13．Delete Blocks（删除块）

删除选定的块，如图4-47所示。

预览网格质量、预览网格平滑、检查块和删除块设置相对简单，限于篇幅在此不再赘述，请参考帮助文档。

4.2.4.5　网格编辑

网格生成以后，要查看网格质量是否满足计算要求，若不满足，就需要进行网格修改，网格编辑选项可实现这样的目的，网格编辑选项如图4-48所示。

1．Create Elements（生成元素）

手动生成不同类型的元素，元素类型包括点、线、三角形、矩形、四面体、棱柱、金字塔、六面体等，如图4-49所示。

2．Extrude Mesh（扩展网格）

通过拉伸面网格来生成体网格的方法，如图4-50所示。

扩展网格的方法包括如下几种。

●　Extrude by Element Normal（通过单元拉伸）。

●　Extrude Along Curve（通过沿曲线拉伸）。

●　Extrude by Vector（通过沿矢量方向拉伸）。

●　Extrude by Rotation（通过旋转拉伸）。

3．Check Mesh（检查网格）

检查并修复网格，提高网格质量，如图4-51所示。

4．Display Mesh Quality（显示网格质量）

显示网格质量，如图4-52所示。

5．Smooth Mesh Globally（平顺全局网格）

修剪自动生成的网格，删去质量低于某值的网格节点，提高网格质量，如图4-53所示。

平顺全局网格的类型包括如下几种。

●　Smooth（平顺）：通过平顺特定单元类型的单元来提高网格质量。

●　Freeze（冻结）：通过冻结特定单元类型的单元使得在平顺过程中该单元不被改变。

●　Float（浮动）：通过几何约束来控制特定单元类型的单元在平顺过程中的移动。

6．Smooth Hexahedral Mesh-Orthogonal（平顺六面体网格）

修剪非结构化网格，提高网格质量，如图4-54所示。

平顺类型包括如下几种。

●　Orthogonality（正交）：平顺将努力保持正交性和第一层的高度。

●　Laplace（拉普拉斯）：平顺将尝试通过设置控制函数来使网格均一化。

冻结选项包括如下几种。

●　All Surface Boundaries（所有表面边界）：冻结所有边界点。

●　Selected Parts（选择部分）：冻结所选择部分的边界点。

7．Repair Mesh（修复网格）

手动修复质量较差的网格，如图4-55所示。

修复网格的方法包括如下几种。

●　Build Mesh Topology（建立网格的拓扑结构）。

●　Remesh Elements（重新划分网格）。

●　Remesh Bad Elements（重新划分质量较差单元网格）。

●　Find/Close Holes in Mesh（发现/关闭网格中的孔）。

●　Mesh From Edges（网格边缘）。

●　Stitch Edges（缝边）。

●　Smooth Surface Mesh（光顺表面网格）。

●　Flood Fill / Make Consistent（填充/使一致）。

●　Associate Mesh With Geometry（关联网格）。

●　Enforce Node,Remesh（加强节点，重新划分网格）。

●　Make/Remove Periodic（指定/删除周期性）。

●　Mark Enclosed Elements（标记封闭单元）。

8．Merge Nodes（合并节点）

通过合并节点来提高网格质量，如图4-56所示。

合并节点的类型包括如下几种。

●　Merge Interactive（合并选定节点）。

●　Merge Tolerance（根据容差合并节点）。

●　Merge Meshes（合并网格）。

9．Split Mesh（分割网格）

通过分割网格来提高网格质量，如图4-57所示。

分割网格的类型包括如下几种。

●　Split Nodes（分割节点）。

●　Split Edges（分割边界）。

●　Swap Edges（交换边界）。

●　Split Tri Elements（分割三角单元）。

●　Split Internal Wall（分割内部墙）。

●　Y-Split Hexas at Vertex（分隔六面体单元）。

●　Split Prisms（分割三棱柱）。

10．Move Nodes（移动节点）

通过移动节点来提高网格质量，如图4-58所示。

移动节点类型包括如下几种。

●　Interactive（移动选取的节点）。

●　Exact（修改节点的坐标值）。

●　Offset Mesh（偏置网格）。

●　Align Nodes（定义参考方向）。

●　Redistribute Prism Edge（重新分配三棱柱边界）。

●　Project Node to Surface（投影节点到面）。

●　Project Node to Curve（投影节点到曲线）。

●　Project Node to Point（投影节点到点）。

●　Un-Project Nodes（非投影节点）。

●　Lock/Unlock Elements（锁定/解锁单元）。

●　Snap Project Nodes（选取投影节点）。

●　Update Projection（更新投影）。

●　Project Nodes to Plane（投影节点到平面）。

11．Mesh Transform Tool（转换网格工具）

通过移动、旋转、镜像和缩放等方法来提高网格质量，如图4-59所示。

转换网格的方法主要包括如下几种。

●　Translate（移动）。

●　Rotate（旋转）。

●　Mirror（镜像）。

●　Scale（缩放）。

12．Covert Mesh Type（更改网格类型）

通过更改网格类型来提高网格质量，如图4-60所示。

更改网格类型的方法包括如下几种。

●　Tri to Quad（三角形网格转化为四边形网格）。

●　Quad to Tri（四边形网格转化为三角形网格）。

●　Tetra to Hexa（四面体网格转化为六面体网格）。

●　All Types to Tetra（所有类型网格转化为四面体网格）。

●　Shell to Solid（面网格转换为体网格）。

●　Create Mid Side Nodes（创建网格中点）。

●　Delete Mid Side Nodes（删除网格中点）。

13．Adjust Mesh Density（调整网格密度）

加密网格或使网格变稀疏，如图4-61所示。

调整网格密度的方法包括如下几种。

●　Refine All Mesh（加密所有网格）。

●　Refine Selected Mesh（加密选择的网格）。

●　Coarsen All Mesh（粗糙所有网格）。

●　Coarsen Selected Mesh（粗糙选择的网格）。

14．Renumber Mesh（重新网格编号）

为网格重新编号，如图4-62所示。

重新网格编号的方法包括如下几种。

●　User Defined（用户定义）。

●　Optimize Bandwidth（优化带宽）。

15．Adjust Mesh Thickness（调整网格厚度）

修改选定节点的网格厚度，如图4-63所示。

调整网格厚度的方法包括如下几种。

●　Calculate（计算）：网格厚度将自动通过表面单元厚度计算得到。

●　Remove（去除）：去除网格厚度。

●　Modify selected nodes（修改选择的节点）：修改单个节点的网格厚度。

16．Re-corient Mesh（再定位网格）

使网格在一定方向上重新定位，如图4-64所示。

再定位网格的方法包括如下几种。

●　Reorient Volume（再定位几何体）。

●　Reorient Consistent（再定位一致性）。

●　Reverse Direction（反转方向）。

●　Reorient Direction（再定位方向）。

●　Reverse Line Element Direction（反转线单元方向）。

●　Change Element IJK（改变单元方向）。

17．Delete Nodes（删除节点）

删除选择的节点，如图4-65所示。

18．Delete Elements（删除网格）

删除选择的网格，如图4-66所示。

19．Edit Distributed Attribute（编辑分布属性）

通过编辑网格单元的分布属性来提高网格质量，如图4-67所示。

4.2.4.6　网格输出

网格生成并修复后，便可以将网格输出，以供后续模拟计算使用，网格输出工具如图4-68所示。

1．Select Solver（选择求解器）

选择进行数值计算的求解器，对于Fluent来说，求解器选择为ANSYS Fluent，命令结构选择为ANSYS，如图4-69所示。

2．Boundary Conditions（边界条件）

此功能用于查看定义的边界条件，如图4-70所示。

3．Edit Parameters（编辑参数）

用于编辑网格参数。

4．Write Import（写出输入）

将网格文件写成Fluent可导入的*.msh文件，如图4-71所示。

4.2.5　ANSYS ICEM CFD实例分析

本小节将介绍一个弯管部件几何模型结构化网格生成的例子。弯管是机械工程中常见的部件，同时对发动机气道模型的网格划分也具有一定的指导意义，通过本实例的分析让读者对ANSYS ICEM CFD进行网格划分的过程有一个初步的了解。

1．启动ICEM CFD并建立分析项目

（1）在Windows系统中单击“开始”→“所有程序”→ANSYS 2020→ICEM CFD 2020命令，启动ICEM CFD，进入ICEM CFD界面。

（2）单击File→Save Project命令，弹出Save Project As（保持项目）对话框，在文件名文本框中输入ElbowPart.prj，单击“确认”按钮。

2．导入几何模型

（1）单击File→Geometry→Open Geometry命令，弹出对话框，在文件名文本框中输入ElbowPart.tin，单击“打开”按钮。导入几何文件后，在图形显示区将显示几何模型，如图4-72所示。

3．模型建立

（1）单击Geometry（几何）选项卡中的（修复模型）按钮，弹出如图4-73所示的Repair Geometry（修复模型）面板，单击按钮，在Tolerance文本框中输入0.1，勾选Filter points 和Filter curves复选框，在Feature angle文本框中输入30，单击OK按钮，几何模型修复完毕，如图4-74所示。

（2）在树形目录中，右击Parts，弹出如图4-75所示的快捷菜单，单击Create Part命令，弹出如图4-76所示的Create Part（生成边界）面板，在Part文本框中输入IN，单击按钮选择边界，单击鼠标中键确认，生成边界条件，如图4-77所示。

（3）重复步骤（2）继续生成边界，命名为OUT，如图4-78所示。

（4）同步骤（2）生成新的Part，命名为ELBOW，如图4-79所示。

（5）同步骤（2）生成新的Part，命名为CYLIN，如图4-80所示。

（6）单击Geometry（几何）选项卡中的（生成体）按钮，弹出如图4-81所示的Create Body（生成体）面板，单击按钮，在Part文本框中输入FLUID，选择如图4-82所示的两个屏幕位置，单击鼠标中键确认，并确保物质点在管的内部，同时在圆柱杆的外部。

（7）同步骤（6），在Part文本框输入DEAD，选择如图4-83所示的两个屏幕位置，单击鼠标中键确认，并确保物质点在圆柱杆的内部。

（8）在树形目录中，右击Parts，弹出如图4-84所示的快捷菜单，单击“Good”Colors命令。

4．生成块

（1）单击Blocking（块）选项卡中的（创建块）按钮，弹出如图4-85所示的Create Block（创建块）面板，单击按钮，在TYPE中选择3D Bounding Box，单击OK按钮，创建初始块，如图4-86所示。

（2）单击Blocking（块）选项卡中的（分割块）按钮，弹出如图4-87所示的Split Block（分割块）面板，单击按钮，再单击Edge后面的按钮，在几何模型上单击要分割的边，则新建一条边，新建边垂直于选择的边，拖动新建边到合适的位置，单击鼠标中键或Apply按钮完成操作，创建的分割块如图4-88所示。

（3）单击Blocking（块）选项卡中的（删除块）按钮，弹出如图4-89所示的Delete Block（删除块）面板，选择顶角的块，单击Apply按钮或鼠标中键，删除块后的效果如图4-90所示。

（4）单击Blocking（块）选项卡中的（关联）按钮，弹出如图4-91所示的Blocking Associations（块关联）面板，单击（Edge关联）按钮，勾选Project vertices复选框，单击按钮选择弯管一侧的边，单击鼠标中键确认，然后再单击按钮选择同一侧的四条曲线，单击鼠标中键确认，选择的曲线会自动组成一组，关联边和曲线的选取如图4-92所示。

（5）同步骤（4），将弯管的另一端进行重复的操作，如图4-93所示。

（6）单击Blocking（块）选项卡中的（移动顶点）按钮，弹出如图4-94所示的Move Vertices（移动顶点）面板，单击按钮，单击Vertex后面的按钮选择出口上的一个顶点，然后勾选Modify X复选框，单击Vertices to Set后面的按钮选择ELBOW 顶部的一个顶点，单击鼠标中键完成操作，顶点移动后位置如图4-95所示。

（7）同步骤（6），移动ELBOW顶部的另外三个顶点，如图4-96所示。

（8）单击Blocking（块）选项卡中的（关联）按钮，弹出如图4-97所示的Blocking Associations（块关联）面板，单击（捕捉投影点）按钮，ICEM CFD将自动捕捉顶点到最近的几何位置，如图4-98所示。

（9）单击Blocking（块）选项卡中的（O-Grid）按钮，弹出如图4-99所示的面板，单击Select Block(s)后面的按钮，选择所有的块，单击Select Face(s)后面的按钮，选择管两端的面，单击Apply按钮完成操作，选择的面如图4-100所示。

（10）在树形目录中，右击Parts中的DEAD，弹出如图4-101所示的快捷菜单，单击Add to Part命令，弹出如图4-102所示的Add to Part面板，单击按钮，设置Blocking Material。Add Blocks to Part，选择中心的两个块，单击鼠标中键确认，效果如图4-103所示。

（11）单击Blocking（块）选项卡中的（关联）按钮，弹出如图4-104所示的Blocking Associations（块关联）面板，单击（捕捉投影点）按钮，ICEM CFD将自动捕捉顶点到最近的几何位置，如图4-105所示。

（12）单击Blocking（块）选项卡中的（移动顶点）按钮，弹出如图4-106所示的Move Vertices（移动顶点）对话框，单击按钮，沿着圆柱长度方向选择一条边，选择在OUTLET一段的顶点，如图4-107所示，单击鼠标中键完成操作。

（13）在Move Vertices（移动顶点）面板中单击按钮，弹出如图4-108所示的移动顶点面板，设置Method为Set Position，对于Ref.Vertex，选择如图4-109所示的边，大体上在中点的位置，勾选Modify Y，对于Vertices to Set，选择OUTLET上方的4个顶点，单击Apply按钮，顶点移动后如图4-110所示。

（14）单击Blocking（块）选项卡中的（删除块）按钮，弹出如图4-111所示的Delete Block（删除块）面板，选择圆柱中的两个块，单击Apply按钮或鼠标中键，删除块后的效果如图4-112所示。

（15）单击Blocking（块）选项卡中的（O-Grid）按钮，弹出如图4-113所示的Split Block（分割块）面板，单击Select Blocks后面的按钮，选择所有的块，单击Select Faces后面的按钮，选择IN和OUT上的所有面，单击Apply按钮完成操作，选择面如图4-114所示。

5．网格生成

（1）单击Mesh（网格）选项卡中的（部件网格尺寸设定）按钮，弹出如图4-115所示的Part Mesh Setup（部件网格尺寸设定）对话框，设定所有参数，单击Apply按钮确认，单击Dismiss按钮退出。

（2）单击Blocking（块）选项卡中的（预览网格）按钮，弹出如图4-116所示的Pre-Mesh Params（预览网格）面板，单击按钮，选择Update All，单击Apply确认，显示预览网格如图4-117所示。

6．网格质量检查

（1）单击Edit Mesh（网格编辑）选项卡中的（检查网格）按钮，弹出如图4-118所示Pre-Mesh Quality（网格质量）面板，设置Min-X value 为0，Max-X value 为1并且设置Max-Y height为20，单击Apply按钮，在信息栏中显示网格质量信息，如图4-119所示。单击网格质量信息图中的长度条，在这个范围内的网格单元会显示出来，如图4-120所示。

7．网格输出

（1）在树形目录中，右击Blocking中的Pre-Mesh，弹出如图4-121所示的快捷菜单，选择Convert to Unstruct Mesh命令，则生成网格，如图4-122所示。

（2）单击Output（输出）选项卡中的（选择求解器）按钮，弹出如图4-123所示的Select Solver（选择求解器）面板，Output Solver选择Ansys Fluent（即Fluent V6），单击Apply确认。

（3）单击功能区内Output（输出）选项卡中的（输出）按钮，弹出打开网格文件对话框，选择文件，单击打开，弹出如图4-124所示对话框，Grid dimension选择3D，单击Done确认完成。