ICEM自动体网格生成
ICEM网格划分原理
ICEM网格划分原理ICEM（Icem CFD）是一种用于流体力学计算的网格生成软件，广泛应用于航空航天、汽车、能源、船舶等领域。
ICEM网格划分原理主要包括松劲网格划分、结构化网格划分和非结构化网格划分三个部分。
下面将详细介绍这些原理。
1.松劲网格划分：松劲网格划分顾名思义是指网格的单元格可以灵活地重新排列和处理。
通常用于处理比较复杂的几何形状。
计算机先将几何形状映射到一个参数空间中，然后网格划分软件根据给定的规则生成初始网格。
网格可以通过细化和简化单元格来调整，以适应不同的模拟需求。
优点是可以对复杂几何形状进行灵活处理，但由于网格的复杂性，计算效率较低。
2.结构化网格划分：结构化网格划分是指网格按照一定的规律排列，形成规则的矩形或立方体结构。
这种网格划分方法适用于较简单的几何形状，如长方体或柱体。
结构化网格划分的原理是先将几何形状划分为一定数量的网格单元，然后再根据需求进行细分或剖分，以满足数值计算的精度要求。
结构化网格划分的优点是计算效率高，但对于复杂几何形状的处理能力有限。
3.非结构化网格划分：非结构化网格划分是指网格以不规则的三角形、四面体或多边形等形式排列，适用于包含复杂流动特性的几何形状。
非结构化网格划分的原理是先根据几何形状创建一个初始网格，然后利用边界层法、代数生成法、移动网格法等技术对网格单元进行优化和调整，以满足数值计算的要求。
非结构化网格划分的优点是适用范围广，可以处理复杂的几何形状和边界条件，但计算效率相对较低。
除了以上三种基本的网格划分方法，ICEM还提供了一系列的划分技术和工具，如自适应网格划分、边界层自动生成、网格加密等。
自适应网格划分是指在计算过程中根据流动场的变化，动态地调整网格分辨率和密度，以获得更准确的计算结果。
边界层自动生成是指根据流动特性和模拟条件自动生成边界层，以精确模拟边界层流动。
网格加密则是通过增加网格单元数量来提高计算精度，适用于需要高精度模拟的流动问题。
ICEM---网格划分原理
2021/8/6
28
2021/8/6
29
分析块 ->模仿
1
块
网格
2
2D增 块补
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30
分析块
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结构网格的索引与合并->减少总块数，加速求解
关键：统一索引
y/ j
索引
空间
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索引 空间
x /i
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结构网格的索引与合并
ICEM中 块的合并
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三个块
实体
L_grid
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成块与实体：拓扑分析
实体 基本块
衍生块
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19
几何分解_组合块
2021/8/6
20
几何分解_组合块
2021/8/6
此处复制的每块 的节点都是独立的， 要进行节点的合并
21
构思块举例->找到最优块
2D
基
本
O-grid
块
C-grid（二分之一O-grid) L-grid(四分之一O-grrid)
11
块-关联-设置节点数-网格
原理示例_2D（正三角形）
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建块
×
关联
设置 节点数
× L-grid
12
原理示例_球壳
映射
M1 构造块 M2 关联点、线
2021/8/6
映射
13
原理示例_圆柱
O-grid 建块方法
建块
点、线的关联
映射
原始建块方法
2021/8/6
14
原理示例_球
L-grid方法
Ansys 第七节 ICEM实例-棱柱体网格自动生成
9/9/05
ANSYS ICEMCFD V10
Inventory #002277 C4-13
平滑光顺 四面体/棱柱体 网格
平滑光顺 四面体/棱柱体 网格
– 首先只平滑 tets 和 tris（四面体/三角形） • 设置 PENTA_6 为 Freeze • 此时的要点是不要试图更改棱柱层结构
– 一旦tetra和tri单元足够的平滑, 则平滑所有单元 – 设置 PENTA_6 为 Smooth – 减低 Up to quality 值，以免过度扭曲棱柱体网格单元
9/9/05
ANSYS ICEMCFD V10
Inventory #002277 C4-14
切割棱柱体网格层
切割棱柱体网格层
– 如果需要许多棱柱体网格层, 这种方法更具鲁 棒性 – 通常更快 – 建立 “fat” layers，然后在编 辑网格时切割它们。
– Edit Mesh > Split Mesh > Split Prisms
ANSYS ICEMCFD V10
Inventory #002277 C4-10
高级选项 – Max Height Over Base
Max height over base – 限制棱柱体网格的纵横比 – 在棱柱体网格的纵横比超过指定值的区域棱柱层停止生长
– 棱柱层的数目在局部区域无法保证 – 在棱柱层边界网格融接为金字塔形网格
高级选项-Part Control
New volume part
– 指定新的part存放棱柱单元或者从已有的面或 体网格part中选择
Side part
– 存放侧面网格的part
Top part
– 存放最后一层棱柱顶部三角形面单元
Ansys 第七节 ICEM实例-棱柱体网格自动生成
• 0 = 无圆角 • 1 =圆角曲率等于棱柱层高度 – 如果在狭窄的空间通常夹角小于60º, 可能没有空间生成按比率圆角
Fillet Ratio = 0.0
9/9/05
Fillet Ratio = 0.5
ANSYS ICEMCFD V10
– 当仅拉伸一层时，设表面/体光顺步为0
• 默认参数足够准确 • 值的设定根据模型及用户的经验
– Triangle quality type
• Laplace 通常最适合最后的棱柱网格质量 • 其他类型仅在解决问题时推荐－根据经验
– Max directional smoothing steps
• 根据初始棱柱质量重新定义拉伸方向 • 在每层棱柱生成过程中都计算
ICEM CFD V10.0 Auto Volume Meshing Prism
棱柱体网格自动生成
棱柱网格划分
对于CFD应用来说，完全的四面体网格并不理想.
– 边界层条件需要几层棱柱单元 – 两种方式生成棱柱体网格 – Mesh -> Prism
• 邻近壁面几何生长棱柱层. 定义局部初始高度（如果必要）initial height, growth ratio
Inventory #002277 C4-2
棱柱网格生成步骤介绍
过程 – 在边界面附近生成棱柱单元（PRISM） – 从ICEM CFD 四面体网格或三角形面网格开始 – 批处理过程 – 通过拉伸面网格生成棱柱网格 – 如果存在四面体网格，使棱柱体网格与存在的四面体网格相 接 – 平滑达到必要的网格质量
9/9/05
ANSYS ICEMCFD V10
如何用ICEM画结构化网格
如何⽤ICEM画结构化⽹格ICEM如何画结构化⽹格？1、按照点、线、⾯画好Geometry后，将各个表⾯建⽴成Fluent内跑模拟需要的Parts。
Creat body，改名字为fluid，Apply2、打开Blocking下第⼀个图标创建整体的block创建名为fluid的block。
选中整个⼏何模型，Apply。
3、剪去不在模型⾥的block，Split method选择Prescibed point，在模型上选择edge再选择点，Apply。
4、切割原则是每条边都横穿模型，将整个模型切割完毕，联系Block的边界和⼏何模型的边，⽅便之后设置节点长度。
在Parts那⾥打开或关闭Geom检查那条边有没有联系。
变绿即为有联系。
PS：内部的墙体、悬空⾯等还需要做⾯的联系。
5、设置边界上的节点长度：找到Pre-mesh Params，选择⼀条Edge，输⼊Nodes，勾选Copy Parameters。
这样就可以设置整个模型所有长度相同的边的节点数。
6、设置完所有长宽⾼的节点数，进⾏Pre-mesh。
在侧边栏勾选Pre-mesh，就可以⽣成⼀个结构化⽹格。
检查⽹格质量等于1。
7、上⼀步的结构化⽹格还⽆法使⽤，右击⽼地⽅的Pre-mesh，Convert to unstruct mesh转变成⾮结构化⽹格，再检查⽹格质量，依旧是1。
8、标题栏File下保存⼀下现在的Mesh，换个名字，之后会⽤。
导出⽹格成Fluent可以⽤的格式：Output mesh，Apply。
点击Output mesh下⾯第4个图标导出⽹格。
选择刚刚保存的⽹格名称。
完成导出。
ICEM偶尔⽆故死机，经常保存。
ICEM平动及转动周期性网格划分流程
ICEM平动及旋转周期性网格生成流程（杨鹏整理）
一、 平动周期性网格生成：
1、创建parts及定义平动周期性
2、初始化block，雕塑块，并关联，设置节点
3、生成周期性块并生成网格（正确——周期块的同时，几何也被周期性，并且
parts中的如inlet能控制所有模型的inlet）
4、生成周期性块并生成网格（错误）
直接利用copy块过去，关联关系不会被copy过去，需要重新逐一去关联，麻烦 5、转换网格并导出
二、 旋转周期性网格生成
1、创建parts（非常重要，尤其是要创建side侧面）
2、定义旋转周期性——轴上一点、轴、旋转的角度
3、初始化block
4、设置块周期性顶点对应关系（两个顶点的对应一定如图都要从左到右或从右
到左）
5、关联并设置节点
6、旋转块
7、删掉side的parts（不删掉会形成wall边界条件）
8、转换网格并导出。
如何用ICEM画结构化网格
ICEM如何画结构化网格？1、按照点、线、面画好Geometry后，将各个表面建立成Fluent内跑模拟需要的Parts。
Creat body，改名字为fluid，Apply2、打开Blocking下第一个图标创建整体的block创建名为fluid的block。
选中整个几何模型，Apply。
3、剪去不在模型里的block，Split method选择Prescibed point，在模型上选择edge再选择点，Apply。
4、切割原则是每条边都横穿模型，将整个模型切割完毕，联系Block的边界和几何模型的边，方便之后设置节点长度。
在Parts那里打开或关闭Geom检查那条边有没有联系。
变绿即为有联系。
PS：内部的墙体、悬空面等还需要做面的联系。
5、设置边界上的节点长度：找到Pre-mesh Params，选择一条Edge，输入Nodes，勾选Copy Parameters。
这样就可以设置整个模型所有长度相同的边的节点数。
6、设置完所有长宽高的节点数，进行Pre-mesh。
在侧边栏勾选Pre-mesh，就可以生成一个结构化网格。
检查网格质量等于1。
7、上一步的结构化网格还无法使用，右击老地方的Pre-mesh，Convert to unstruct mesh转变成非结构化网格，再检查网格质量，依旧是1。
8、标题栏File下保存一下现在的Mesh，换个名字，之后会用。
导出网格成Fluent可以用的格式：Output mesh，Apply。
点击Output mesh下面第4个图标导出网格。
选择刚刚保存的网格名称。
完成导出。
ICEM偶尔无故死机，经常保存。
ICEM网格生成流程
Chapter 3二维非结构壳/面网格生成（2、3）1 .创建几何模型：Point…Curve-Surface-Part-Topo1ogy2 .定义网格参数2.1.定义全局网格参数2.1.1定义网格全局尺寸：SCaIefaCtor、Maxe1ement2.1.2定义全局壳网格参数：Meshtype>Meshmethod2.2定义Part网格尺寸3 .生成网格并导出3.1生成网格，检查网格质量3.2保存网格文件：Savemeshas...3.3选择求解器：Output-Se1ectso1ver写入：Output-Writeinput三维非结构自动体网格生成（自上而下）（2、3）1 .创建几何模型：Point--Curve---SurfacePart・・・Topo1ogy-Body2 .定义网格参数2.1.定义全局网格参数2.1.1定义全局网格尺寸：SCaIefaCtor、Maxe1ement2.1.2定义体网格全局参数:Meshtype>Meshmethod2.1.3定义棱柱网格全局参数：Grow1aw>Initia1height^Ratio^No.2.2定义Part网格尺寸3 .生成网格并导出3.1生成网格，检查网格质量3.2保存网格文件：Savemeshas...*.uns3.3选择求解器：Output-Se1ectso1ver3.4写入：Output-Writeinput三维非结构自动体网格生成（自下而上）（4）首先导入壳网格，在壳网格的基础上拉伸生成棱柱体网格，再填充棱柱体网格和远场边界之间的空隙。
（壳网格一棱柱体网格一体网格）。
1 .创建（导入）几何模型2 .创建生成（导入）壳网格3 .生成棱柱体网格3.1定义棱柱网格参数：Growth1aw>Initia1height>Ratio>No.、Newvo1umepart（表征体网格的材料，相当于自上而下中的body）3.2指定生成棱柱边界层的SUrfaCe（定义Part网格尺寸）3.3生成棱柱体网格：Mesh-Computemesh-Prismmesh4 .生成棱柱网格与远场边界之间的体网格4.1.1创建所需的Point4.1.2创建加密区Mesh-Createmeshdensity:Name>Size>Ratio>Widthfrom(point)依次选择所需point,中键确认4.2生成体网格Mesh—computemesh-vo1umemeshMeshtype>meshmethod(Quick(De1aunary))>vo1umePartname(inherited)^input(existingmesh)Compute5.导出网格5.1保存网格文件：Savemeshas...*.uns5.2选择求解器：Output-Se1ectso1ver5.3写入：Output-WriteinputChapter5二维结构网格生成1.导入（创建）几何模型:Point―Curve--Surface---Part一删除多余curve（若point之间本存在线，在生成surface时采用form4points 法，则会同时生成surface的边界线curve,和原有curve叠加重合，产生多余，需删除，eg.5.3）2.创建b1ock2.1.分析几何模型，得到拓扑结构b1ocking-createb1ockPart（b1ock的名称，表征相应材料特性）、Type1.3.划分b1ock1.4.创建O-b1ock（如有需要）1.5.删除无用的b1ock3 .建立映射关系3.1.仓IJ建point至IJvertex的映射B1ocking---Associate---AssociatevertexEntity（point）V1--P1— ....... —Vj--Pj—........... —Vn-Pn3.2.创建curve到edge的映射B1ocking---Associate---AssociateEdgetoCurveEi一中键…Ci-中键4 .定义网格节点数Icem为基于B1ock生成网格的：首先生成b1ock网格，然后依托映射关系将b1ock网格节点坐标计算生成GeOmetry网格坐标，故在Icem中需定义EDGE的节点数来定义网格节点。
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• 自动创建三维网格单元填充空间
– 一般为 “非结构”
• 主要为 四面体网格
– 全三维分析
• 二维分析不能真实模拟
– 内/外流动模拟 – 结构化实体建模 – 热应力 – 更多内容!
• 标准流程
– 从几何开始 • Octree tetra（八叉树四面体–）从已存在的网格开始
– Robust（鲁棒性） – Walk over features
Prescribed size
Training Manual
Min size limit
Cells in Gap = 5
– Parts – Surfaces – Curves
Training Manual
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11.0 New Features ANSYS, Inc. Proprietary
Inventory #002382 1-7
设定网格尺寸足 够了
在曲率变化段网 格自动细分
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11.0 New Features ANSYS, Inc. Proprietary
Inventory #002382 1-13
ANSYS v11.0
曲率自适应
ANSYS v11.0
使用点和线特征
• 引入几何模型
Training Manual
• 曲线和点包括 • 网格参数在面和线上设置
捕捉了网格细节
• 不包括点和线 • 仅在表面设定网格大小
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粗化的网格忽略了几何细节
• 网格计算
– 网格> 完成网格 > 体网格
• 生成棱柱网格 (可选)
– 作为分开的过程 – 也可以随四面体网格生成自
动划分
11.0 New Features ANSYS, Inc. Proprietary
Inventory #002382 1-3
ANSYS v11.0
• 定义材料点
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• 加密
– 沿圆上布置的网格数量 – 避免网格细分达到global
minimum 这会造成网格数 量极其大
– 沿圆布置的网格数量达到 设定值后即停止增长
– 不会低于网格Natural size的 网格
• 例子
– 采用更大的网格完成细化网 格填充
– 不用全局最小尺寸捕捉曲率
Prescribed size
几何
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网格
11.0 New Features ANSYS, Inc. Proprietary
Training Manual
网格细节
忽略狭长面
Inventory #002382 1-8
ANSYS v11.0
• 保留表面网格（或棱柱层），抛弃四面体网格 • 迪卡尔网格填充体内部 • 金字塔过渡
– 输入
• 选择几何 – 选择所有可见 – 一个一个部件进行 • 每个部件网格独立 • 部件之间网格非一致 – 从文件开始 • 选择tin文件
– 使用已有的网格
• 选择已经生成面网格的部件 • 采用一致性匹配八叉树体网格和面网格
– 有附面层
• 从三角形表面网格生成棱柱层 • 从四边形面网格生成六面体网格 • 四面体/或六面体核心网格填充内部区域 • 金字塔覆盖四边形区域
– 六面体核或六面体附面层
– 与结构六面体网格合并的混合网格
有棱柱层的四面体
Training Manual
纯四面体
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物质点
设置全局、表面和线段的网格参数
注意网格数量信息
丢失入口面
高亮黄边显示洞的存在
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11.0 New Features ANSYS, Inc. Proprietary
Inventory #002382 1-9
Training Manual
Min size limit
Refinement = 12
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11.0 New Features ANSYS, Inc. Proprietary
Inventory #002382 1-14
Training Manual
Inventory #002382 1-4
ANSYS v11.0
网格类型
• 四面体/混合
– 最普遍 – 四面体 – 带有六面体核心网格
• 六面体网格 (cartesian) 填充主要区域 • 四面体(阵面推进法则) 用来填充表面或棱柱层和
六面体核心网格之间的区域 • 四面体和六面体网格间采用金字塔过渡
• Delauney/T-grid – 快速
• Cartesian（迪卡尔）
• Advancing Front
– 最快
– 梯度光顺，尺寸过渡
• 必须设定尺寸
• 六面体核心网格
• 全六面体
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11.0 New Features ANSYS, Inc. Proprietary
• 笛卡尔
– 自动纯六面体 – Rectilinear mesh – 阶梯梯度 – 体适应 – 最快速创建体网格方法
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11.0 New Features ANSYS, Inc. Proprietary
Training Manual
ANSYS v11.0
自适应加密, 缝道处的网格
• 缝道单元
– 在窄缝隙的需要的网格数量 – 避免网格细分达到global
minimum 这会造成网格数量 极其大
– 沿圆布置的网格数量达到设 定值后即停止增长
– 缝隙网格不会小于natural size
• 例子
– 缝隙仅仅一个网格 – 不会小于natural size – 必须设置更小的 natural size
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Training Manual
• 导入/创建表面网格
– 作为面网格 – 对于 Delauney, Advancing Front,
T-grid, Hex-Dominant • 所有这些类型采用全局和局部 网格设置，从几何开始自动创 建网格而不需要用户干预， • 如果有疑问，可以先生成面网 格，然后从面网格开始。
11.0 New Features ANSYS, Inc. Proprietary
• 曲线和点影响网格捕 捉几何的能力!
• 创建拓扑 能容易地 捕捉几何的特征线与 点
Inventory #002382 1-10
ANSYS v11.0
Octree – 选项
Training Manual
• 设置选项: 全局网格设置 > 体网格参数
定义体区域 可选
用于复杂几何 多体区域
几何 -> 创建体 材料点
两点中心
任意选择两点使其中点在体区域内 首选
在特定点
通过体内点在体内定义体区域
由拓扑关系
通过设置封闭曲面定义体 必须首先建立诊断拓扑
整个模型
自动定义所有体
已经选择的面
用户从封闭体选择面 11.0 New Features ANSYS, Inc. Proprietary
• 八叉树四面体网格对几何的需求
Training Manual
需要封闭的几何模型
Build Diagnostic Topology
几何修复工具能快速 找到问题并予以解决
查找丢失的面
查找洞和缝隙
四面体能忽略小于当地网格尺寸的缝隙
推荐捕捉几何的特征线和点
推荐定义区域的材料点
对于简单的几何，四面体网格生成器能够自动生成
– 光顺
• 网格生成后自动光顺
– 粗化
– 更多细节请见帮助手册
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11.0 New Features ANSYS, Inc. Proprietary
Inventory #002382 1-11
ANSYS v11.0
11.0 New Features
自动体网格划分
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11.0 New Features ANSYS, Inc. Proprietary
Inventory #002382 1-1
ANSYS v11.0
体网格划分
ANSYS v11.0
八叉树方法 Octree
• ICEM Tetra 使用 独立于几何小面的 Octree 方法 – 体网格
• 首先生成独立于几何模型的体网格 • 网格节点映射到模型表面、线和点上 • 同时产生表面网格
– 网格与几何表面的构成不关联
• 不是表面上所有的边需要捕捉 • 隐藏线/点