三級離心風機的基本結構及計算模型的建立(2)

除了要應用合理的湍流模型、數值離散格式和相應的數值控制方法外，就是要控制網格的質量，它包括網格的尺寸、正交性、長寬比、內角、扭曲率、相鄰網格的過渡等。網格質量的好壞也直接影響著離散方程能否順利進行迭代，好的網格質量是計算結果具有準確性的基礎。因此，為了使三級離心風機內部流場的計算結果具有較高可信度，需要對其流體通道的幾何模型進行細致的網格劃分。
3.6.1 網格生成軟件 GAMBIT 簡介
     由于網格質量對計算結果的重要性，網格劃分被看成整個計算過程中的一個重要環節。要對復雜模型進行數值計算，必須經歷漫長且反復的網格劃分，以期得到較為滿意的網格質量。很多 CFD 或有限元結構分析軟件，如 ANSYS、NASTRAN、PATRAN、I-DEAS 和 ARIEC 等都提供了專業化的網格生成工具。同時也有一些商業化的專業網格生成軟件，如 GAMBIT、TGRID、ICEM 等。
     GAMBIT 作為 FLUENT 的前置處理器，提供了非常靈活的網格特性，讓用戶可以使用非結構網格，包括三角形、四邊形、六面體、金字塔形網格來解決具有復雜外形的流動，甚至可以用混合型非結構網格。它允許用戶根據解的具體情況對網格進行修改，如細化或粗化。同時，GAMBIT 除了自身具有強大的建模功能外，還可以讀入多種 CAD軟件（如 Pro/ENGINEER、UG、AutoCAD）的三維幾何模型。基于上述優點，本文利用 GAMBIT 進行網格劃分。同時由于本文研究的三級離心風機內部流道及其復雜，要想在 GAMBIT 中直接建模十分困難，因此，本文采用的方法是先在 Pro/E 中建立流道幾何模型，再導入 GAMBIT 中劃分網格。
3.6.2 網格類型
     網格分為結構網格和非結構網格。簡單來講，結構網格在空間上比較規范，具有規則的網格節點，如對一個四邊形區域，網格往往是成行成列分布的，行線和列線比較明顯。而對于非結構網格在空間分布上沒有明顯的行線和列線，節點連接不規則。如果要用結構網格對某一模型進行網格劃分，一般要求該模型的結構相對規整。而非結構網格雖然生成過程比較復雜，但卻具有極好的適應性。在實際問題當中，模型的結構往往比較復雜，光采用結構網格來為其劃分網格的話，可能導致劃分失敗或網格質量太差等問題。所以，對于復雜模型，通常的做法是將結構網格與非結構網格結合使用，具體的做法是將復雜模型切割成幾個區域，在規則模型上用結構網格，在不能用結構網格劃分的區域用非結構網格來劃分，這樣既能保證網格的質量，又能控制網格總數。
3.6 流場計算網格的劃分
     采用數值方法求解離散方程，就是想辦法將控制方程在空間區域上進行離散，然后求解得到離散方程組，而要想在空間區域上離散方程，必須使用網格。但不同的問題采用不同的數值求解方法，所用的網格的形式也就不相同。為了使離散方程在求解過程中
    鑒于本文研究的三級離心風機的流道模型及其復雜，在劃分網格的過程中，將模型切割成 24 個區域，并分別用結構網格和非結構網格對其進行劃分。
3.6.3 網格生成
     本文所需計算的流體通道模型已在 Pro/E 軟件中建立，如圖 3-10 所示。將該模型保存為.stp 文件，同時選擇入口端面圓心為坐標原點。將該文件導入 GAMBIT 即可進行下一步操作。經過多次實驗，最終確定將模型切割成 24 個體，再對每個體進行網格劃分，所劃分的網格質量相對較好。網格檢查結果如圖 3-11 所示，該結果顯示，本模型的網格總數接近 167 萬，所有網格的扭曲率控制在 0.9 以下，最大值為 0.899，0.5 到 0.9 之間的網格只占網格總數的 10%左右。模型整體網格如圖 3-12 所示。由于要對葉輪內部流動進行較為細致的觀察，因此對葉輪內部通道進行網格的細化，葉輪區域網格如圖3-13 所示。導風盤及蝸殼區域網格模型分別如圖 3-14、3-15 所示。網格在整個流道內的數量分布見表 3-1 所示。