基于ANSYS+ICEM+CFD和CFX数值仿真技术

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制造业信总化

基于ＡＮＳＹＳＩＣＥＭＣＦＤ和ＣＦＸ数值仿真技术

许蕾，罗会信

（武汉科技大学机械自动化学院，武汉４３００８１）

摘要：为了准确方便地计算和分析流体的传热和流动情况，文中以分析某浸入式水口浇钢温度场和流场为例介绍了

一种基于ＡＮＳＹＳＩＣＥＭＣＦＤ和ＣＦＸ数值仿真技术在连续铸钢过程中的应用。该方法是利用ＡＮＳＹＳｌＣＥＭＣＦＤ中进

行流体数值仿真的前处理操作，然后将生成的网格导八到ＣＦＸ中施加边界条件进行求解计算，可以大大提高数值仿真效率，对ＣＡＥ７－程分析人员具有很大的借鉴意义。关键词：ＣＦＤ：ＣＦＸ：数值仿真中图分类号：ＴＰ３９１

‘

文献标识码：Ａ文章编号：１００２—２３３３｛２００８）１２—００６５—０２

ｏｎ

ＴｈｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆ

ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＢａｓｅｄＡＮＳＹＳＩＣＥＭＣＦＤａｎｄＣＦＸＳｏｆｔｗａｒｅ

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４３００８１，Ｃｈｉｎａ）

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＦＤ；ＣＦＸ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

１前言

ＣＦＤ（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃｓ）是计算流体力学的简称，其核心就是基于现代计算流体力学的有限单元分析技术。众所周知在计算流体力学中，其计算网格的质量好坏，边界条件的施加以及求解器的求解方法等都将直接影响流体数值仿真的精确程度。目前市面上广泛使用的流体分析软件非常多，有的十分繁琐。本文提供了一种使用流体软件ＡＮＳＹＳＣＦＸ和其前处理软件一ＡＮＳＹＳ

ＩＣＥＭＣＦＤ相结合数值仿真方法，可以大大提高工程分

ＩＣＥＭＣＦＤ后的结果会有差异。模型复杂一点的ＩＧＥＳ格

式，导入后会有很多面的丢失，相对而言ＣＡＴＩＡ的文件格式比较方便。’

在导入几何模型后，需要对模型进行清理。１ＣＥＭＣＦＤ的Ｇｅｏｍｅｔｒｙ页面中的ＲｅｐａｉｒＧｅｏｍｅｔｒｙ菜单提供了大量的优化模型和清理模犁的工其。对只导人面的模型自动生成了曲线和点，便于网格的划分。ｉ２划分计算网格

ＩＣＥＭ

ＣＦＤ通过映射技术的六面体网格划分功能在

析的效率。

２

ＡＮＳＹＳＩＣＥＭＣＦＤ和ＣＦＸ简介

拓扑空间进行网格划分，自动映射到物理宅间，可在任意形状的模型中划分出六面体网格；也可以应用其自动划分网格功能来生成自由网格。要指出的是由于ＩＣＥＭＣＦＤ自由划分网格的功能十分便捷，因此很多人为了方便直接采用ｔｅｔｒａ网格。然而对于流场分析，结构网格能够对关键区域进行局部划分，获得高质量的网格，进而得到更可靠的计算结果。如在处理近壁面附近层时，常常需要长的薄单元，由于四面体单元在某一特定方向拉长时，其数值求解特性会变差，计算误差大，方程不易收敛，而

ＣＦＸ是目前处于世界领先地位的ＣＦＤ软件之一，广泛用于模拟各种流体流动、传热、燃烧和化学反应等问题。ＣＦＸ的前处理模块是ＩＣＥＭＣＦＤ，它提供广泛的ＣＡＤ和ＣＡＥ软件接口，可以快速生成多种形式的网格。它在生成网格时，可实现边界层网格自动加密、流场变化剧烈区域网格局部加密、分离流模拟等，这大大提高了数值仿真的精度。

下面以计算浸入式水口浇钢温度场和流场为例来说明在ＡＮＳＹＳ

ＩＣＥＭ

使用结构网格可以大大减小计算误差。因此学会建六面

体网格将大大提高计算的收敛速度和准确度。除了这两种类型的网格外，ＩＣＥＭＣＦＤ还可以建四面体网格、棱柱体网格、六面体混合网格及表面网格，适合不同边界条件的需要。

在使用ＩＣＥＭＣＦＤ生成好网格后用Ｐｒｅ—Ｍｅｓｈ

ＣＦＤ和ＣＦＸ中的数值仿真技术。

３运用ＩＣＥＭＣＦＤ建立ＣＡＥ模型３．Ｊ几何模型的导入及清理

ＩＣＥＭ

ＣＦＤ提供了广泛的ＣＡＤ软件接口，当几何实

体模型建好以后可以通过ＩＣＥＭＣＦＤ中的Ｆｉｌｅ／ＩｍｐｏｒｔＧｅｏｍｅｔｒｙ直接导入ＣＡＴＩＡＶ４、ＳＴＥＰ、ＩＧＥＳ、ＵＧ、Ｐｒｏ／Ｅ等

Ｑｕａｌｉｔｙ命令对该网格进行质量检奁并用Ｓｍｏｏｔｈ命令对

网格质量进行优化。若网格出现负体积，可以通过Ｍｏｖｅ