哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）
1.4 本文完成的主要内容：
（1）导管分类和翼型调查。
（2）利用pointwise改变导管尺寸，并划分静止域的网格。
（3）改变桨叶尺寸以保证桨叶和导管的配合并用autogrid完成转子域网格的划分
（4）改变水流进速，得到不同进速下的导管螺旋桨的推力、扭矩并画出推力系数扭矩系数及效率曲线图，并分析不同进速不同尺寸桨叶表面的压力分布和流场分布。
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第2章 导管螺旋桨网格划分
2.1 静止域网格划分
流场区域分为静止域和旋转域，导管之外的流场区域为静止域，导管之内的区域为旋转域，静止域内的水流只有沿z轴的轴向速度，在转子域中由于螺旋桨的周向旋转会带动水流的转动，因此转子域中的水流不仅有轴向速度，还有周向速度。静止域中的网格在pointwise中生成。
Pointwis是Gridgen软件的后续版本，Gridgen软件是在上世纪80年代美国通用动力公司在研制F-16战斗机时开发出来的，以对结构提供最好的控制而闻名于世。Gridgen软件的市场定位是长期从事CFD工作的人员。Gridgen软件有近30年的应用历史Gridgen软件的发展很大一部分是由和美国空军、NASA、洛克希德马丁等单位的合作成果转化过来的，比如重叠网格和T-Rex网格技术等。Pointwise的定位是所有从事CFD研究和应用的人员，这比Gridgen要求具有一定CFD经验的定位要低很多，所以Pointwise软件具有方便灵活的易用性。Pointwise在保证Gridgen对结构网格提供最好控制的同时最大化地减少人工操作，具有很好的易用性和高度自动化，是目前市场上最受欢迎的前处理软件其主要功能是网格划分，也即空间离散。生成的网格可以做CFD/FEA分析，但是由于对结构网格提供最好的控制，所以常被用于做CFD分析，由于支持的接口比较多，所以在自编程序用户非常流行[11]。pointwise主要基于点、线、面、体的网格思想，易于学习和理解，同时在使用的过程中又可以对这些要求简化，通过拉伸、移动、缩放等操作，可以快速构建辅助线，比如通过线拉伸为面，面拉伸为体。软件的使用是灵活方便的。对于非结构网格，主要使用基于表面变形的T-Rex网格技术，该技术可以对非常复杂的几何模型快速生成具有边界层的体网格，而且在边界层向主流区的网格是均匀过渡。软件的主要优势：
（1）易于学习、使用灵活、接口丰富；
由于软件的主要基于点线面体的思想，所以易于学习和理解，生成网格的过程中可以采用一些快速的方式：直接利用已有几何模型的特征线生成面网格（Domain on database），由一个或多个线可以拉伸成面，由一个或多个面可拉伸成体。
（2）手动和自动来提高网格质量，可控性强
可以通过椭圆PDE方程来提高网格的正交性、光顺性等，也可以把空间中的
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线限定在2D空间中进行修改。
（3）自动装配面或体网格，也可拉伸创建网格
可以通过已经定义好8条线直接生成体网格，通过代数或者双曲拉伸的方式可以生成高质量的网格。
（4）直接读取CAD文件,高效清理不完善模型
直接读取UG、CAITIA、PRO、SOLidworks等CAD自身的格式，避免转化为IGES等中间格式而产生的信息丢失，即使几何模型有间隙、重叠等，也可以通过solid meshing进行快速清理。
（5）适用于非常复杂几何模型的T-Rex技术
·T-Rex（anisotropic tetrahedral extrusion）是一项网格自动生成技术，其快速，高效地生成包括边界层在内的所有网格。T-Rex网格技术为尾迹区和其它脱体流动现象提供高品质的网格。
参考：Anisotropic Tetrahedral Meshing Based on Surface Deformation Techniques AIAA paper no. 2007-0554
（6）可实现网格划分参数化功能的Glyph脚本。 在pointwise中划分网格的步骤如下：
（1）删除导管内壁使外壁与周围流畅形成一个封闭区域，并调整物面和流场边界结点个数，物面是指桨毂和导管外壁。选中物面，点击points on,节点个数设置为40个，非物面的流畅边界线上的节点，设置为50个。其中贴近物面的地方节点间距调整为0.0001，边界层数为15层增长率为1.3。远离物面的节点间距为0.03，同时远离物面的地方不设置边界层数及增长率。然后生成非结构网格如图2-1所示：
图2-1 非结构网格
由于结构网格面对复杂几何外形时生成困难，以及耗费大量人工，自动化程
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度不高等缺点，本文中生成的网格都是非结构网格。非结构网格是指没有规则拓扑关系的网格网格区域内的内部点不具有相同的毗邻单元。即与网格剖分区域内的不同内点相连的网格数目不同。
（2）将生成的非结构网格绕着z轴以（0.0.0）为旋转中心旋转90度其中步长为40步同理将流场边界旋转90度，并将生成的结构网格改为非结构网格，然后再将进出口生成非结构网格如图2-2所示：
图2-2 导管处的非结构网格
图2-3 静止域网格质量检查
（3）分别将桨毂和导管外壁旋转90度然后分别生成非结构网格，然后生成体，对生成的体进行求解，并初始化，生成体网格。并对生成的体网格进行质量检查，网格质量好坏有几个参考标准，如：网格体积大小、体积增长率、网格边
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长、网格最大最小坡口角度等。其中坡口角度是网格质量最重要的衡量标准之一，网格的最小坡口角度不应过小，否则网格质量不合格，如下图所示蓝色到红色网格坡口角度不断增大，除了物面附近网格坡口角度不应过小，即不应出现蓝色区域如上图2-3。
（4）对质量（合格的网格设置边界条件，静止域网格的边界条件主要包括：进口区域、出口区域、导管、桨榖，两个周期性面，进口旋转区域，出口旋转区域。边界条件的设置是为网格的后处理及计算做准备，以方便在cfx中选择边界类型所对应的区域。如图2-4所示：
图2-4 边界条件
2.2 旋转域网格的划分
转子区域网格划分需要在autogrid中完成，网格划分的步骤大致如下： （1）将原始的包含桨叶、导管内壁、桨毂的原始数据的文件导入autogrid中生成翼型，其中桨叶半径为125毫米，导管半径为127毫米，调整桨叶与导管内壁间隙为2毫米如下图2-5，其三维视图如图2-6所示：
图2-5 原始桨桨叶
图2-6 原始桨三维视图
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