AVLFIRE对进气道仿真研究的中文资料

A VL FIRE应用应用于于进气歧管的CFD计算前言进气歧管是最常见的CFD应用之一，从网格生成技巧上也是一种比较简单的应用。

在这里我们结合FIRE中自带的实例，进行网格生成过程，求解器的设置以及结果分析的流程介绍。

我们期望通过这个实例，能够帮助用户熟悉和掌握使用FIRE进行CFD模拟的基本分析方法进气歧管的实例图1: 进气歧管– 计算域如图1所示，常温流体（空气）以指定的质量流量从进口面（绿色面）进入计算域，从蓝色的出口面流出，计算该计算域内的流动。

需要说明的是，本例为计算简单起见，将4个出口同时定义为outlet，这样与实际情况有差别，用户自己在做的时候，可以只选择其中一个定义为outlet，其他定义为固定的壁面。

需要准备的边界条件如下所示：进口：指定的质量流量m = 0.038107 kg/s指定的温度：T = 293.15 K指定的湍流条件湍动能 e = 0.02 m2/s2湍流长度尺度l t= 0.001 m出口指定的静压p = 100000 Pa1 划分网格的方法为了得到一个合适的体网格（计算网格），推荐您使用FAME Advanced Hybrid 网格划分工具，它包括一个完整的自动的网格生成器。

其中，对网格细化区域的定义要在划分网格之前完成。

具体步骤如下：导入表面网格生成特征边缘线网格进行网格划分，得到体网格检查新生成的体网格的质量如果需要的话，对生成的体网格进行光顺处理在体网格上某些指定的区域建立selection，满足边界条件设置的需要。

2 面网格CFD_WM需要用自动网格生成器将表面网格生成体网格，一般情况下，表面网格可以在CAD中生成。

把CAD生成的数据以标准文件格式导入FIRE中,推荐您使用stl格式，在stl格式中，固体模型的表面被看作是一组小的多边形。

2.1 CAD模型的准备CAD输出文件的质量取决于对组成表面的三角形的控制，在商业CAD软件中，可以通过改变一些参数来控制输出。

对于STL格式，几何模型的完整性和连续性是非常重要，建立的几何体必须是一个封闭的表面。

几何模型为实体模型时(e.g. PRO/Engineer)，它通常是完整和连续的。

几何模型为表面模型时(e.g. CATIA v4)，表面模型由许多小的碎片组成，很可能会出现以下的情况：碎片间存在缝隙，不连续或者表面模型不完整。

要把表面模型作为STL格式输出时，表面模型一定要是完整和封闭的并且要指定他的内表面，外表面以及边界。

STL控制参数-推荐当在CAD中生成STL格式，可以指定STL的一些控制参数（公差，弦高）。

Under-faceted STL文件会对精度有影响并且会对体网格的形状也会有影响，Over-faceted STL文件会增加准备的时间并且不会提高最终的模型的质量。

下图表示的是：1．弦高2．CAD模型的表面3．STL的表面图2：STL参数弦高指的是CAD模型的表面与STL表面的最大距离。

弦高越小，与实际模型的差别越小，弦高是在模型单元中测量的，它必须在以下的范围内：它的最小值是模型精度的函数，最大值取决于模型尺寸。

在所有情况下，STL格式都是以二进制的格式输出的。

对于简单的几何模型，文件可能只有几百KB，对于复杂的模型，文件的大小在1-5MB左右并且生成的模型质量较好。

文件不要大于5MB，否则文件的导入或导出会需要很长的时间。

表面网格的的导入2.2表面网格点击，打开目录，在目录中选择Meshes，点击右键并在菜单中选择Import，在<InstallationPath>/FIRE/v8.5/exam/900_Intake_Manifold/Start_Data路径下，导入文件IM_surface.stl。

选择OK。

Over-faceted STL文件会增加模型的准备时间。

图3: 目录– Meshes 文件夹3.线网格线网格是一系列用户定义的、在离散的表面网格上生成的特征边缘线。

为了生成准确的体网格，在表面形状比较尖锐的地方需要生成特征边缘线网格。

CFD-WM提供了自动生成线网格的工具Auto Edge。

3.1 生成线网格1．在view菜单的Application Bars里选择FAME Hybrid，或者在右边的工具栏中选择FH。

2．在工作域中选择表面网格。

3．选择Edge Tools -> Auto Edge，打开以下窗口。

图4: Edge Tools – Auto Edge WindowClosed Edges寻找相邻的线网格生成封闭的线。

在生成线网格时，大多使用这个选项。

Minimum number of edge patches指定了组成封闭曲线需要的最少的线段数目。

小于指定数目的线段将不被选择。

Minimal edge length指定了组成封闭曲线的线段的最小长度，小于指定长度的线段将被不被选择。

Angle相邻的两个表面网格的法线方向的夹角大于指定的角度时，交界线才会作为线网格被选中。

4．选择Closed Edges并按上图输入参数。

选择Auto Edge，选择Cancel关闭窗口。

5．在目录中，取消选择表面网格左边的对号，检查线网格或者可以选择表面网格，点击右键，取消选定Draw object。

在工作域上就会显示出现网格，如下图所示。

图5: 生成的线网格6．在目录中选中表面网格，使表面网格显示在工作域上。

3.2 保存保存文件文件选择File | Save as ，把文件保存为Primer_IM.fpr 。

*.fpr 称为Fire 的工程文件，这个文件记录了目前计算例子里的相关信息，即存在有什么样的网格文件，以及相关的计算结果的信息。

这个文件只记录了上述信息即文件名称和位置，其本身并不大。

除了这个文件以外，CFD-WM 还将自动生成两个子文件夹。

所有的网格文件以*.flm 保存在Meshes 文件夹里，所有的求解器的参数包括后续的计算结果都会保存在Calculation 文件夹里。

注：CFDWM 界面上open 和import 的区别的区别：：open 是打开一个工程文件即*.fpr,这个工程文件中所指向的网格和相关的计算这个工程文件中所指向的网格和相关的计算结果结果结果用户可以随后打开或调用户可以随后打开或调入。

而import 是调入一个网格文件是调入一个网格文件，，这个文件可以是FIRE 的自带格式即*.flm,也可以是其他网格生成器生成的面网格或者体网格也可以是其他网格生成器生成的面网格或者体网格，，比如stl 格式格式，，Nastran 等等格式的网格文件格式的网格文件。

一个网格文件调入后一个网格文件调入后，，如果没有选择save ，不会被自动存储在工程储在工程目录目录目录中中，此时用户可以任意删除此时用户可以任意删除。

如果选择了save ，CFDWM 会自动将其转换为flm 格式格式并并存储在Meshes 目录下目录下，，相应的信息也会存储于工程文件*.fpr 中。

4.Selections4.1 什么是Selection?一个selection 是一系列的网格单元，网格表面或点，可以通过一些选项进行指定。

Selection 的使用是CFD-WM 的一个很重要的特点，通过它可以对某些局部区域进行特殊的定义和处理，比如指定边界的位置和类型。

CFDWM 提供了多种在局部区域建立Selections 的方法，最重要的有以下几点:用多边形选择对象在工作域上定义一个多边形，被这个多边形包围的网格单元，面或点都会被选中。

用角度标准选择对象可以用来选择网格单元，表面（或点）。

指定的角度为两个相邻表面法线方向的夹角。

用户首先在网格上点击一个面，如果它与相邻面的法线方向的夹角小于指定的角度时，相邻的网格面将会被选中。

这个过程将持续一直到两个相邻面的夹角大于指定的值。

对于不同的网格（线网格，面网格，体网格），selection的类型（cell,face,node ）有所不同，对线网格建立Selection时，Selection的类型只有cell和node，而没有surface。

对表面网格建立Selection时，Selection的类型有cell,node,face，其中对于面网格来说，cell selection和face selection是一样的。

而对体网格建立selection时，Selection的类型有cell,node,face,其中cell selection 是一系列的网格单元，而face Surface则是一系列网格单元的表面。

如下表所示：注：面网格4.2 什么是Connecting Edge?Connecting Edge 是用来提高进出口边界上的网格质量的。

如果使用FAME Advanced Hybrid来生成网格时，强烈推荐大家使用这一工具。

因为若不使用Connecting Edge,求解器在求解过程中可能会出现收敛上的问题。

图6: 体积网格的剖视图- Connecting Edge图7: 进气入口处的Connecting Edge4.3 进口和出口的Face Selection的建立对于自动化分网格来说，在划分网格之前，在表面网格上要定义大量的selection。

最重要的selection为进口，出口，以及需要局部细化的区域。

1．选择表面网格，点击鼠标右键，在菜单中选择Selections。

打开Create窗口。

2．生成一个新的selection, 在名称输入区域，输入BC_inlet。

在radio button区域击活cell选项来制定选择的类型，同时点击Empty。

然后选择Create and Modify,选择窗口自动打开。

图8：建立selection窗口3．选择Add并且从下拉菜单中选择Angle。

图9：selection窗口4．输入角度为40。

5．选择Define并且点击表面网格上的进口面。

选择Esc使选择有效。

6．建立另一个选项叫做BC_outlet。

按照定义进口面的方法定义出口面。

7．选择OK。

点击view，查看生成的selection的情况，如下图所示。

然后选择ok，关闭窗口。

图10：view窗口8．选择file/save，保存文件。

5.FAME Advanced Hybrid 网格生成技术FAME Advanced Hybrid是一个全自动的网格生成工具，在开始划分网格之前，所有设置都应该完成。

为了生成合适的体网格，可以输入以下的参数。

通过设置最大网格尺寸到最小网格尺寸这一范围，网格生成器可以根据表面网格的曲率自动选择网格的尺寸大小，即曲率大的地方将选择小网格进行细化。

指定边界层网格的层数。

根据建立的边界的selection，自动生成connecting edge。

用户自定义进行局部的细化。