带螺旋复杂结构的网格划分法制造技术

发明专利技术提供带螺旋复杂结构的网格划分法。带螺旋复杂结构的网格划分法，带螺旋绕丝棒束组件内部排布多根燃料棒，相邻燃料棒之间由按照一定螺距缠绕的绕丝固定。带螺旋复杂结构的网格划分法采用台阶接触替换线接触，减少了窄缝几何区域，有效提高该区域网格质量。采用二维网格旋转拉伸成三维网格的方法，有效避免了三维螺旋几何模型难以直接生成高质量网格的困难。采用结构化网格+非结构化网格的方法，对局部复杂区域进行结构化网格划分，网格质量和数量得到保证。对其他简单的区域进行非结构化网格划分，使得网格划分过程更加简洁。固液接触区域、螺旋与棒接触区域等复杂区域，使用结构化网格划分，可以有效控制各个方向上的网格数量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
带螺旋复杂结构的网格划分法


[0001]本专利技术涉及反应堆热工水力
，特别涉及带螺旋复杂结构的网格划分法。

技术介绍

[0002]CFD模拟分析是获得棒束组件内流场信息的一种重要方法。在进行CFD数值模拟之前，首先要根据研究目标来建立几何模型并划分网格。关于棒束通道的CFD分析往往计算量庞大。数量一定且质量高的网格对于后续CFD计算至关重要。然而，现有技术对带螺旋的棒束几何模型的网格划分存在较大的问题：
①
螺旋结构和棒之间的线接触形成窄缝结构，这种结构会造成网格长径比大，从而导致网格质量很差。
②
螺旋结构是一种三维特殊结构，这种结构若是直接生成网格，会使得网格歪曲率很大，而且网格难以和实际几何模型贴合，从而不能正确反映实际流动传热情况。
[0003]目前按照网格的形式和组合排布，可以将网格分为结构化网格和非结构化网格两种，在对带螺旋棒束几何模型划分网格时，两种网格方法都可以采用，但是都存在一定的不足。
[0004]采用结构化网格对带螺旋棒束划分网格时，以ICEM软件为例，需要对几何模型划分许多的六面体块，这些块的尺度介于几何模型大小与实际网格大小之间，六面体且排列整齐的网格组成块，而多个不同的块去拟合实际的几何模型，最终实现整个几何模型划分为结构化网格。但是，由于螺旋棒束几何模型的三维复杂性，若要实现结构化网格，需要许多的块，这些块要拟合实际几何，难度特别大，操作繁杂，需要耗费特别多的时间和精力，另外带螺旋棒束几何模型中，存在螺旋与棒表面的线接触形成窄缝区域，这些区域使用六面体网格的话，网格长宽比或者扭曲率变得很大，导致网格质量会特别差。针对这些问题，目前的解决方案是将整个计算域从轴向上分为许多个区域，在保证每个区域的螺旋偏转角度较小时，可以进行分块，然后进行网格划分，这种方法需要将计算域分界分解成很多部分，对每部分进行操作与设置，会导致操作更加繁琐。
[0005]采用非结构化网格对带螺旋棒束划分网格时，以Meshing软件为例，几何模型由四面体网格或者四面体网格+六面体网格直接组成，这种方法划分的网格能够较好的拟合实际几何模型，但是网格数量不能有效控制，尤其是螺旋与棒表面的窄缝区域，网格数量会迅速增加，网格质量也会较差。针对这些问题，目前的解决方案是对整个棒固体和流体域进行网格划分，对局部线接触的窄缝使用面接触或者不接触，但是这种处理方法存在的最大问题是网格数量巨大，不得不采用更多的CFD计算资源，即耗费更大的计算机缓存和更多的计算时间。
[0006]因此，开发带螺旋复杂结构的网格划分法具有重大意义。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供带螺旋复杂结构的网格划分法，以解决现有技术中存在的问题。
[0008]为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，带螺旋复杂结构的网格划分法，带螺旋绕丝棒束组件包括在流动通道内排布的多根棒束。相邻棒束之间存在间隙。单根棒束包括燃料棒和绕丝。所述绕丝以固定螺距缠绕在燃料棒的外壁上。带螺旋复杂结构的网格划分法包括以下步骤：
[0009]1)建立带螺旋绕丝棒束组件的三维几何模型。所述三维几何模型包括固体区域、流体区域A和流体区域B。其中，燃料棒和绕丝内形成固体区域。所述流体区域A为包含绕丝特征的近棒区流体域。所述流体区域A的横截面为圆形。所述流体区域A绕轴向呈扭转结构。所述流体区域B为不包含绕丝特征的主流区流体域。所述流体区域B为流动通道中去除固体区域和流体区域A以外的部分。所述流体区域B内具有多个镂空区域。
[0010]2)获取三维几何模型的任一横截面。识别横截面中单根燃料棒和对应绕丝所在区域构成的分界线。将分界线中绕丝和燃料棒的线接触简化处理为台阶接触，形成固体区域边界线。将固体区域边界线内的区域作为单根棒束的二维固体区域。
[0011]根据固体区域边界线构建固体区域外切圆。在固体区域外切圆外构建分隔圆。所述分隔圆与外切圆同心。所述分隔圆的直径比外切圆的直径大至少两个边界层网格高度。将固体区域边界线与分隔圆之间的区域作为单根棒束的二维流体区域A。
[0012]去除横截面中所有棒束的二维固体区域和二维流体区域A，获得二维流体区域B。
[0013]3)使用流体动力学软件构建单根棒束二维固体区域的二维结构化网格，得到固体域二维网格。将二维网格进行旋转拉伸形成固体域三维网格。
[0014]4)使用流体动力学软件构建单根棒束的二维流体区域A的二维结构化网格，得到流体域二维网格。将流体域二维网格进行旋转拉伸形成流体域A的结构化网格。
[0015]5)将生成好的单根棒束的固体域三维网格和流体域A的结构化网格拼接形成Part A。
[0016]6)使用三维建模软件构建流体区域B的几何模型。对流体区域B的几何模型进行网格划分，流体区域B三维非结构化网格。
[0017]7)将Part A进行阵列复制后，与流体区域B三维非结构化网格拼接，形成整体的计算域网格。
[0018]进一步，步骤3)和步骤4)中，采用ansys icem cfd软件构建固体域和流体区域A的二维结构化网格。
[0019]进一步，步骤4)中，旋转拉伸时，流体域二维网格沿着燃料棒的轴线进行旋转拉伸。
[0020]进一步，步骤6)中，使用Meshing软件对流体区域B的几何模型进行网格划分。
[0021]进一步，带螺旋绕丝棒束组件的总高度为600mm。相邻燃料棒之间的间隙为10.5mm。所述绕丝的直径为1.2mm。绕丝的螺距为200mm。
[0022]本专利技术的技术效果是毋庸置疑的：
[0023]A.采用台阶接触替换线接触，减少了窄缝几何区域，有效提高该区域网格质量；
[0024]B.采用二维网格旋转拉伸成三维网格的方法，有效避免了三维螺旋几何模型难以直接生成高质量网格的困难；
[0025]C.采用结构化网格+非结构化网格的方法，对局部复杂区域进行结构化网格划分，网格质量和数量得到保证；对其他简单的区域进行非结构化网格划分，使得网格划分过程
更加简洁；
[0026]D.固液接触区域、螺旋与棒接触区域等复杂区域，使用结构化网格划分，可以有效控制各个方向上的网格数量。
附图说明
[0027]图1为带螺旋绕丝棒束几何结构；
[0028]图2为带螺旋绕丝棒束的两种情况；
[0029]图3为螺旋与棒束接触方式的简化处理；
[0030]图4为几何模型的重新分解；
[0031]图5为固体域结构化网格划分；
[0032]图6为流体域结构化网格划分；
[0033]图7为流体域非结构化网格划分；
[0034]图8为所有网格合并图。
具体实施方式
[0035]下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但不应该理解为本专利技术上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本专利技术上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本专利技术的保护范围内本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.带螺旋复杂结构的网格划分法，其特征在于，带螺旋绕丝棒束组件包括在流动通道内排布的多根棒束；相邻棒束之间存在间隙；单根棒束包括燃料棒(1)和绕丝(2)；所述绕丝(2)以固定螺距缠绕在燃料棒(1)的外壁上；带螺旋复杂结构的网格划分法包括以下步骤：1)建立带螺旋绕丝棒束组件的三维几何模型；所述三维几何模型包括固体区域(3)、流体区域A(4)和流体区域B(5)；其中，燃料棒(1)和绕丝(2)内形成固体区域(3)；所述流体区域A(4)为包含绕丝特征的近棒区流体域；所述流体区域A(4)的横截面为圆形；所述流体区域A(4)绕轴向呈扭转结构；所述流体区域B(5)为不包含绕丝特征的主流区流体域；所述流体区域B(5)为流动通道中去除固体区域(3)和流体区域A(4)以外的部分；所述流体区域B(5)内具有多个镂空区域；2)获取三维几何模型的任一横截面；识别横截面中单根燃料棒(1)和对应绕丝(2)所在区域构成的分界线；将分界线中绕丝(2)和燃料棒(1)的线接触简化处理为台阶接触，形成固体区域边界线；将固体区域边界线内的区域作为单根棒束的二维固体区域；根据固体区域边界线构建固体区域外切圆；在固体区域外切圆外构建分隔圆；所述分隔圆与外切圆同心；所述分隔圆的直径比外切圆的直径大至少两个边界层网格高度；将固体区域边界线与分隔圆之间的区域作为单根棒束的二维流体区域A；去除横截面中所有棒束的二维固体区域和二维流体区域A，获得二维流体区域B；3)使用流体动力学软件构建单根棒束二维...

【专利技术属性】
技术研发人员：步珊珊，祁伟，李振中，陈德奇，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：