與固體有限元計算需要實體模型不同,流體計算域需要的是流道模型。簡言之,流體域指的是流體能夠達到的區域。因此,需要對CAD軟件創建的固體實體模型進行處理,以抽取流體計算區域。

DM(DesignModeler)是ANSYS workbench中一個模塊,主要用于幾何模型創建及計算模型準備。其提供了一系列工具用于流體計算域的生成。主要有:Fill功能、幾何布爾運算。這里以一個簡單的幾何實例來說明如何在DM中進行內流道抽取。

1、實體模型

實體3D模型可以在3D建模軟件(如Solidworks、UG、CATIA、ProE等建模軟件)中生成,也可以直接利用DM創建幾何模型。本例中的實體模型如下圖所示。

圖1原始幾何模型

2、將幾何模型導入至DM中

進入DM模塊,進入菜單File > Import external Geometry File…,選擇讀入創建的幾何,然后點擊Generate按鈕,生成幾何。

方式一:采用Fill中的By Cavity方法

這是最簡單的一種方式,選取模型的所有內表面即可。點擊菜單Tools > Fill,進入Fill功能面板。選擇extraction type為By Cavity,同時選擇模型的所有內表面。點擊generate按鈕。可以在樹形菜單中觀察到生成了一個新的solid,我們將開始導入的solid刪除掉。這時剩下的即為我們所要生成的流體域模型。如下圖所示。

圖2 設置fill

圖3 生成的流體域

圖4 選擇edge生成surface

方式二:采用Fill中的By Gaps方法

對于內表面復雜的幾何,逐個選取自然大為不變,幸好DM提供了By Gaps的方法。不過在使用此方法之前,需要將開口位置生成surface進行封閉。對于本例中的幾何,需要利用edge生成5個表面將模型封閉起來。

1、創建surface。

點擊菜單Concept > Surface from edges選擇如圖所示的edge,點擊generate按鈕,生成surface.

圖5 生成surface

圖6設置fill屬性

圖7 生成的流體域

2、利用Fill創建流體域。與方法1類似,不過選擇extraction type為By Caps,同時設置target bodies為all bodies。點擊generate按鈕,生成的流體域模型與方法1完全相同。

方式三:創建幾何利用布爾運算創建流體域

由于本例幾何簡單,可以創建一個與幾何外部邊界重合的模型,然后利用布爾運算進行相減。

1、創建外部幾何

利用底部面創建plane,利用外部邊創建操作,利用add frozen拉伸至上表面,生成幾何如圖8所示。

圖8 拉伸屬性

圖9生成的幾何模型

圖10生成計算域

2、設置operation為subtract,設置target bodies為上一步創建的幾何,選擇tool bodies為原始幾何。點擊generate按鈕生成計算域模型。如圖10所示。

總結:

1、簡要描述了DM中三種進行內流道抽取方法。

2、利用fill命令比較復雜,但是對于外邊界復雜的幾何比較有效。而采用布爾運算的方式創建流道,則要求創建的幾何完全包裹內部流體區域。對于外表面復雜的情況不易處理。

3、內部幾何面較多不易選取的時候,建議使用Fill命令中的By Gaps進行流道抽取。