2建一个混合弯管模型2D.docx

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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：

●怎样用栅格系统来确定节点

●怎样使用曲率中心和端点来创建圆弧

●怎样在节点之间创建直边

●怎样使用顶点分割圆弧

●怎样由边创建面

●怎样确定边上节点的分布

●怎样在面上生成结构化网格

●怎样设置边界类型

●怎样将网格读入FLUENT4

●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：

问题说明图

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，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：

●使用背景节点和“snap-to-grid”来快速生成节点

●使用“选择列表”作为点击鼠标选择的替代

●确定边上节点的非均匀分布

●设置边界类型

●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

在主菜单中选择将用来进行CFD计算的解算器

Solver->FLUENT4

选择FLUENT4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SpecifyBoundaryTypes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GAMBITGUI的顶部。

第二步创建初始节点

创建节点，确定混合弯管的大管的轮廓。

TOOLS

->COORDINATESYSTEM

->DISPLAYGRID

打开DisplayGrid对话框。

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UpdateList按钮。

这将在x方向形成具有四格的背景栅格，并且在XY_planeXValues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Updatelist按钮。

这将在y方向形成具有四格的背景栅格，并且在XY_planeYValues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theGlobalControl工具箱中的FITTOWINDOW命令按钮

。

用户可能需要移动DisplayGrid窗口以便能看到GlobalControl工具箱。

图2-2：

生成顶点的4×4栅格

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。

图2-3：

在栅格交点处生成顶点

l）取消DisplayGrid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2-4：

大管的顶点

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

->CREATEEDGE

R

打开CreateRealCircularArc对话框。

a）保留对话框中Method的缺省设置。

注意，在CreateRealCircularArc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2-5：

创建圆弧的顶点

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2-6：

顶点和圆弧

第4步创建直边

创建大管的直边

GEOMETRY

->EDGE

->CREATEEDGE

R

打开CreateStraightEdge对话框。

a）Shift-left-click小弧的左端点（图2-7中的顶点D）。

图2-7：

创建直边的顶点

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2-8：

圆弧和直边

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/MERGEEDGES

打开SplitEdge对话框。

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，PickList提供了选择一个单元的另一种途径。

ⅰ.在SplitEdge对话框中，鼠标左击Edge列表框左边的箭头。

这就打开了EdgeLis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EdgeList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EdgeList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GAMBITUser'sGuide。

b）在SplitEdge对话框中的Type下选择Realconnected（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SplitWith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EdgeList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。

图2-9：

混合弯管外径上生成的顶点

2.创建小管入口处的点

GEOMETRY

->VERTEX

->MOVE/COPYVERTICES

打开Move/CopyVertices对话框。

a）选择在弯曲部位创建的第二个顶点。

b）在Move/CopyVertices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。

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GlobalControl工具箱中的FITTOWINDOW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/CopyVertices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。

图2-10：

确定小管的顶点

3.创建小管的直边

GEOMETRY

->EDGE

->CREATEEDGE

打开CreateStraightEdge对话框

依次选中如图2-11所示的顶点K、L、M、J，创建小管的直边。

创建的小管如图2-12所示。

2-11：

用来创建小管的顶点图2-12：

创建完后的小管

第6步由边创建面

1.创建大管的面

GEOMETRY

->FACE

->FORMFACE

打开CreateFaceFromWireframe对话框。

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CreateFaceFromWireframe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。

图2-13：

创建大管面的边

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2-14：

创建小管面的边

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

->MESHEDGES

打开MeshEdges对话框。

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。

图2-15：

网格化的边

b）Shift-left-click图2-15中的EB边。

c）检查确定MeshEdges对话框中Grading右边的Apply被选中，并在Type选项菜单中选择SuccessiveRatio。

SuccessiveRatio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Doublesided复选框。

如果确定了边上的Doublesided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Doublesided复选框，Ratio就会变为Ratio1和Ratio2。

另外，Ratio文本框中输入的值将自动输入到Ratio1和Ratio2的文本框中。

f）在Spacing下面的选项菜单中选择Intervalcount，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2-16：

大管入口和出口边的网格化

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MeshEdges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Intervalcount。

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2-17：

大管直边的网格

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MeshEdges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Intervalcount，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MeshEdges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Intervalcount，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。

图2-18：

管子弯曲部位外部的网格

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MeshEdges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Doublesided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MappedMesh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。

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。

图2-19：

混合弯管边的网格化

第8步生成面的结构化网格

1.对大管生成结构化网格

MESH

->FACE

->MESHFACES

打开MeshFaces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MeshFaces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GAMBITModelingGuide。

b）点击Apply按钮。

GAMBIT将忽略Spacing下的Intervalsize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

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MeshFaces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“enforcedmapping”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GAMBITModelingGuide。

c）保留Spacing下面的缺省设置Intervalsize为1，再点击Apply按钮。

整个弯管的结构化网格如图2-21所示。

图2-21：

混合弯管的结构化网格

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GlobalControl工具箱中的SPECIFYMODELDISPLAYATTRIBUTES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

->SPECIFYBOUNDARYTYPES

打开SpecifyBoundaryTypes对话框。

注意，选择的解算器FLUENT4出现在对话框的顶部，SpecifyBoundaryTypes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。

图2-22：

混合弯管的边界类型

b）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。

图2-23：

混合弯管的入流和出流边界

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SpecifyContinuumTypes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

File->Export->Mesh…

打开ExportMeshFile对话框。

注意，FileType是StructuredFLUENT4Grid。

a）在FileName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。

FLUENT4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。

itive网格化方法进行了网格划分。