一种应用于温度控制箱热设计的网格自动生成方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于温度控制箱热设计的网格自动生成方法，满足了现行三类温控箱(长方形、拱形、长方形+梯形)、任意箱体尺寸、任意空调入风口出风口位置及尺寸、任意受控物体位置及尺寸、任意网格量及近壁Y+要求的较高质量网格自动生成。按三步骤分类录制网格生成脚本；构建XML文本数据框架；读取文本数据，判断具体使用哪套脚本组合；对数据进行处理，然后赋值给对应脚本上的对应位置，实现脚本数据改写；读取文本数据，由Y+要求及相关物性参数估算出不同近壁处第一层网格高度，在选择脚本的相应位置改写；调用并运行所选脚本组合。输入条件任意；网格生成一键式；并且适应了近壁处全结构化网格需求，边界捕捉准确可靠可控，能为计算流体力学提供较高质量的网格。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于温度控制箱热设计的网格自动生成方法
本专利技术涉及一种温度控制箱热设计快速仿真的前处理方法，其目的是根据受控物体的保温要求、满足温度控制箱热设计仿真需要，设计出一种适用于现行三类温控箱、任意箱体尺寸、任意空调入风口出风口位置及尺寸、任意受控物体位置及尺寸、任意网格量及近壁Y+要求的较高质量网格自动生成方法，应用于热设计CFD快速仿真，大幅提高计算效率并具有较高精度。具体涉及模型几何尺寸及位置的判断、结构化网格分块、节点合并、数据输入及脚本改写等问题。
技术介绍
在兵器、船舶、航空航天、电子设备、特种工业等领域，很多产品性质决定其在保管与运输中需对其温度的影响的给予充分考虑，因为温度过高或过低都会在不同程度上损伤甚至直接使产品丧失工效。因此，需要加装空调等调温设备对温度实现主动控制；然而对于温度控制箱的设计与使用所需的大量实验与流场分析费时费力，而且无法优化前期设计；而现行的CFD热流场虚拟试验又都局限于某一款或某一种使用条件。为此，需要开发出一套虚拟试验前处理的网格自动生成方法，以满足多状态仿真需要。在计算流体力学的有限体积方法中，结构化网格具有正交性与方向性等优点，不仅可以节省内存，捕捉近壁边界层特性，更可以提高计算精度与效率，得到更好的仿真结果；但当模型相对复杂尤其是需要划分网格的部分位置关系多样、形状不固定的时候，Block划分无法实现通用，目前都只能手工绘制网格；非结构网格具有灵活性的特点，可以处理复杂几何外形、填充网格区域、合并过渡节点，但在物理量快速变化区域比如近壁处，其仿真效果较差且仿真效率和精度都较低。综上，为较高质量通用网格自动生成，需要以结构化网格为主，尤其是快速变化区域；最大程度减少非结构网格数。目前网格自动生成通常是基于网格划分软件的脚本录制，但对于任意温度控制箱状态的网格划分，需要一个外围的程序调用，自动改写脚本参数，满足各种状态要求。综上所述，目前基于温度控制箱热设计的网格自动生成方法还没有形成一个通用的体系，需要解决包括结构判断、网格分块与合并、提高网格质量、网格自动生成通用性、数据输入及脚本改写等问题。
技术实现思路
本专利技术技术解决问题：克服现有网格自动生成的技术难点，基于通用软件ICEM，提供一种面向温度控制箱热设计的较高质量网格自动生成的通用方法。本专利技术基于现行三种常用的集保管与运输作用的温度控制箱，尺寸任意；每款温控箱内部放置任意坐标位置的受控物体(简化为长方体与圆柱体两种模型；受控物体放倒放置(如圆柱体模型的圆面对着箱体前后面)，垂直于前后面，尺寸任意)；空调入风口与出风口布置在温控箱任意侧面(为流场分布均匀达到更好温控效果，实际情况两风口不布置在同一侧面；风口均为方形，长宽尺寸任意；经过后期的转换，可以将箱体前后侧面归为一类，记为FB；将箱体左右侧面归为一类，记为LR)；画出内部受控物体的固体网格域，流固耦合；不画出箱壁的固体网格域，编制wall边界，计算处理中加壁厚。本专利技术采用的技术方案由如下两大部分构成：1.为提供一种通用的网格自动生成方法以满足任意状态要求，录制多套针对不同应用条件的网格绘制脚本，扩大通用范围并提高网格质量。基本思路为：首先根据计算要求画出相应几何模型；将整个温控箱网格绘制区域划分为三大块：带有入口的部分流体域(记为Ⅰ)、带有出口的部分流体域(记为Ⅱ)、带有内部受控物体的流固耦合域(记为Ⅲ)；各大块内划分结构化网格，然后将各大块在交界面interior上进行非结构的节点合并；然后对交界面的非结构网格进行光顺处理(smooth)并生成最后的msh网格文件。其特征包括以下步骤：1.1长方形温控箱步骤A：录制长方体的几何绘制、划分各个面part的脚本1.1；步骤B：录制3套脚本1.2.1、1.2.2、1.2.3，每套脚本均包括：入风口、出风口、交界面interior1、interior2几何绘制；定义part；流体域Ⅰ和Ⅱ结构网格划分。(3套脚本对应两风口都在FB、都在LR，一个在FB一个在LR这三种情况)；步骤C：录制2套脚本1.3.1、1.3.2，每套脚本包括：内部受控物体几何绘制；定义part；流固耦合域Ⅲ结构网格划分；节点合并；光顺处理(smooth)并生成最后的msh网格文件。(2套脚本对应受控长方体、圆柱两种仿真简化模型)。1.2拱形温控箱拱形温控箱截面由下方长方形面与上方圆弧面构成。步骤A：录制拱形体的几何绘制(画出截面下方长方形面与上方圆弧面的分割线)、划分各个面part的脚本2.1；步骤B：录制7套脚本2.2.1.1、2.2.1.2、2.2.1.3；2.2.2；2.2.3.1、2.2.3.2、2.2.3.3，每套脚本均包括：入风口、出风口、交界面interior1、interior2几何绘制；定义part；流体域Ⅰ和Ⅱ结构网格划分(其中前三套脚本均对应风口都在FB的情况，只是当入风口位置不同(全在分割线以下、跨过、全在分割线以上三种情况)导致网格划分有区别，需录制三套脚本；出风口实际情况只会布置在下方；中间一套脚本对应风口都在LR的情况，一套脚本即可；最后三套脚本均对应风口一个在FB一个在LR这种情况，因为入风口位置不同也需要录制三套脚本)。步骤C：录制6套脚本2.3.1.1、2.3.1.2、2.3.1.3；2.3.2.1、2.3.2.2、2.3.2.3，每套脚本包括：内部受控物体几何绘制；定义part；流固耦合域Ⅲ结构网格划分；节点合并；光顺处理(smooth)并生成最后的msh网格文件(其中前三套脚本都对应受控物体长方体模型，只是受控物体位置不同(全在分割线以下、跨过、全在分割线以上三种情况)导致网格划分有区别，需录制三套脚本；后三套脚本都对应受控物体圆柱体模型，因受控物体位置不同也需录制三套脚本(这个判断相对位置的依据与长方体略有不同，是按照受控物体圆形截面的内接正方形与割线的相对位置判断的))。1.3长方形+梯形温控箱常见的长方形+梯形温控箱截面由下方长方形面与上方倒梯形面构成。步骤A：录制(长方形+倒梯形)体的几何绘制(画出截面下方长方形面与上方倒梯形面的分割线)、划分各个面part的脚本3.1；步骤B：录制7套脚本3.2.1.1、3.2.1.2、3.2.1.3；3.2.2；3.2.3.1、3.2.3.2、3.2.3.3，每套脚本均包括：入风口、出风口、交界面interior1、interior2几何绘制；定义part；流体域Ⅰ和Ⅱ结构网格划分(依据同拱形温控箱)；步骤C：录制6套脚本3.3.1.1、3.3.1.2、3.3.1.3；3.3.2.1、3.3.2.2、3.3.2.3，每套脚本包括：内部受控物体几何绘制；定义part；流固耦合域Ⅲ结构网格划分；节点合并；光顺处理(smooth)并生成最后的msh网格文件(依据同拱形温控箱)。注：以上所示步骤A、B、C每一级步骤均需在上一级的脚本运行之后或者相关图形、网格文件生成之后录制才有效。2.为实现网格自动生成，满足任意仿真条件的网格绘制，需使用外部主控制程序进行数据输入/修改、选择适合脚本并自动修改该脚本、自动调用并运行已改好的脚本。基本思路为：使用可扩展标记语言(XML)实现数据输入与修改，文本化数据结构；使用C语言实现主程序控制，实现控制功能(根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于温度控制箱热设计的网格自动生成方法，其特征包括以下两大部分内容及步骤：第一部分，录制多套针对不同应用条件的网格绘制脚本，扩大通用范围并提高网格质量。基本步骤为：步骤A：录制温控箱外形的几何绘制、划分各个面part的脚本；步骤B：录制包括入风口、出风口、交界面interior1、interior2几何绘制、定义part、流体域Ⅰ和Ⅱ结构网格划分的脚本；步骤C：录制包括内部受控物体几何绘制、定义part、流固耦合域Ⅲ结构网格划分、节点合并、光顺处理(smooth)并生成最后的msh网格文件的脚本。第二部分，利用已生成的脚本，完成任意条件下温控箱网格的自动生成。基本步骤为：步骤A：构建XML文本数据框架；步骤B：读取文本数据，判断具体使用哪套脚本组合；步骤C：对数据进行处理，然后赋值给对应脚本上的对应位置，实现脚本数据改写；步骤D：读取文本数据，由Y+要求及相关物性参数估算出不同近壁处第一层网格高度，在选择脚本的相应位置改写；步骤E：调用并运行所选脚本组合。

【技术特征摘要】
1.一种应用于温度控制箱热设计的网格自动生成方法，其特征包括以下两大部分内容及步骤：(1)录制多套针对不同应用条件的网格绘制脚本，扩大通用范围并提高网格质量，其基本步骤为：步骤A：录制温控箱外形的几何绘制、划分各个面part的脚本；步骤B：录制包括入风口、出风口、交界面interior1、interior2几何绘制、定义part、流体域Ⅰ和Ⅱ结构网格划分的脚本；步骤C：录制包括内部受控物体几何绘制、定义part、流固耦合域III结构网格划分、节点合并、光顺处理smooth并生成最后的msh网格文件的脚本；(2)利用已生成的脚本，完成任意条件下温控箱网格的自动生成，其基本步骤为：步骤A：构建XML文本数据框架；步骤B：读取文本数据，判断具体使用哪套脚本组合；步骤C：对数据进行处理，然后赋值给对应脚本上的对应位置，实现脚本数据改写；步骤D：读取文本数据，由Y+要求及相关物性参数估算出不同近壁处第一层网格高度，并在所选择脚本的相应位置改写；步骤E：调用并运行所选脚本组合。2.根据权利要求1所述的一种应用于温度控制箱热设计的网格自动生成方法，其特征在于：输入条件是任意的、一般化的，可以实现现有温控箱的所有状态要求，包括形状、尺寸、位置；网格的生成过程是完全自动化的、一键式的，运...

【专利技术属性】
技术研发人员：田申，申晓斌，林贵平，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11