申请/专利权人：华北电力大学

申请日：2021-04-07

公开（公告）日：2024-04-26

公开（公告）号：CN113066186B

主分类号：G06T17/20

分类号：G06T17/20;G06F30/17;G06F30/23;G06F113/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.26#授权;2021.07.20#实质审查的生效;2021.07.02#公开

摘要：本发明涉及一种多头绕肋棒束组件模型的网格划分方法，属于仿真技术领域，解决了现有技术绕肋附近网格质量差以及导致的后续计算精度低的问题。该方法包括：建立多头绕肋棒束组件的三维几何模型；识别上述三维几何模型中不包含绕肋特征的主流区流体域、包含绕肋特征的近棒区流体域和棒束固体域三域；根据预设流体速度，划分主流区流体域的三维结构化网格；根据棒束栅元的排列方式和几何尺寸，确定绕肋附近缝隙处的加密方案，划分近棒区流体域和棒束固体域的三维结构化网格；将上述三域的三维结构化网格拼接，获得多头绕肋棒束组件的网格划分结果。实现了能以较高的计算精度进行各类棒束流固耦合传热计算的网格划分。

主权项：1.一种多头绕肋棒束组件模型的网格划分方法，其特征在于，包括如下步骤：建立多头绕肋棒束组件的三维几何模型；所述建立多头绕肋棒束组件的三维几何模型，进一步包括：建立冷却剂的流道模型，包括流道外壁、流道内壁，以及流道内外壁之间空隙构成的冷却剂流动通道；所述流道外壁、流道内壁共用一根中心轴；建立单根棒束模型，所述棒束模型包括固体棒束、以及在固体棒束上以固定螺距缠绕的多条绕肋；在上述冷却剂流动通道内，按预设方式布设上述棒束模型，完成多头绕肋棒束组件的三维几何模型的构建；所述多头绕肋棒束组件的三维几何模型中，相邻棒束之间的间距均为统一数值，并且，相邻内外层之间的棒束交错布设；每一所述固体棒束均为中空结构，内部为封闭的腔室，外部缠绕相同数量、相同间隔的绕肋；且，绕肋数量≥2；所述流道外壁、流道内壁的形状相同，大小不同；棒束模型的布设方式为：每一层棒束模型绕中心轴沿流道内壁均匀排列，相邻内外层之间的棒束交错布设，共s层；所述s通过下面公式获得 式中，h为流道外壁与流道内壁之间的距离，r为固体棒束半径，t为绕肋的厚度，[]为取整运算；相邻棒束之间的间距l通过下面不等式确定 γ·L≤6°s-1·l+2s+1r≤h式中，L为固体棒束网格的预设纵向尺寸，γ为绕肋的旋转角度；识别上述三维几何模型的任一截面中不包含绕肋特征的主流区流体域、包含绕肋特征的近棒区流体域和棒束固体域三域；识别上述三维几何模型的任一截面中不包含绕肋特征的主流区流体域、包含绕肋特征的近棒区流体域和棒束固体域三域的步骤，进一步包括：获取多头绕肋棒束组件的三维几何模型的任一横截面；识别所述横截面中每一固体棒束以及对应绕肋所在区域构成的包络，将包络内区域作为该棒束的固体域，所有棒束的固体域排列构成所述三维几何模型的棒束固体域；识别所述横截面中每一固体棒束的几何中心，根据棒束固体域边界构建辅助线一，在辅助线一外以所述中心为圆心、以所述r+t为半径对相邻绕肋边缘点进行连接构建辅助线二，将所述辅助线一、二之间的区域作为该棒束的近棒区流体域，所有棒束的近棒区流体域排列构成所述三维几何模型的近棒区流体域；去除所述横截面中所有棒束固体域、近棒区流体域，获得所述三维几何模型的主流区流体域；根据预设流体速度，划分主流区流体域的三维结构化网格；所述根据预设流体速度，划分主流区流体域的三维结构化网格的步骤，进一步包括：在主流区流体域内，分别以每一固体棒束的几何中心为圆心、以所述L为半径作圆，获得该圆的外切正多边形；其中，对于距离流动通道中轴预设距离内的固体棒束，获得外切正五边形，对于距离流动通道中轴预设距离外的固体棒束，获得外切正六边形；将每一固体棒束的几何中心作为辐射中心，相应外切正多边形为边界，在顶部横截面中360°均匀向外辐射6m条线段，m≥2，直到将每一外切正多边形内主流区流体域划分成相同数量的模块；根据最大网格的尺寸小于流动过程中的最小的涡结构尺寸，以及相邻模块边界的节点数一致的规则，对每一模块进行O型网格剖分；将O型网格剖分后的主流区流体域沿绕肋方向旋转拉伸至固体棒束底部平面，然后将拉伸后的结构沿轴向等间隔分割，间隔长度为L，完成主流区流体域的三维结构化网格的划分；根据棒束栅元的排列方式和几何尺寸，确定绕肋附近缝隙处的加密方案，划分近棒区流体域和棒束固体域的三维结构化网格；所述绕肋附近缝隙处的加密方案为：近棒区流体域中靠近固体域的第一层网格的最大尺寸不超过0.01mm；并且，每一棒束的固体域网格边界上，绕肋宽度上的节点数N宽与绕肋厚度上节点数N厚满足N宽N厚＝pt式中，p表示绕肋宽度；相邻绕肋之间的弧长上的节点数N弧与绕肋厚度上节点数N厚满足N厚N弧≤1；通过如下步骤划分近棒区流体域的三维结构化网格：识别每一棒束的近棒区流体域的内轮廓上靠近固体棒束轮廓的所有端点；将每一固体棒束的中心作为辐射中心，以该棒束的近棒区流体域的外轮廓为边界，在顶部横截面中360°均匀向外辐射2倍绕肋数量的线段，使得辐射线段与外轮廓的交点集合包含上述所有端点；去除上述交点集合中的所述所有端点，构建剩余交点与该辐射中心连线的两条平行线作为辅助线，使得每条所述辅助线的一端与最近端点位置重合，另一端在近棒区流体域的外轮廓上，将每一棒束的近棒区流体域分成4倍绕肋数量个模块；根据最大网格的尺寸小于流动过程中的最小的涡结构尺寸，以及相邻模块边界的节点数一致、近棒区流体域与主流区流体域边界的节点数一致的规则，对每一模块进行O型网格剖分；根据绕肋附近缝隙处的加密方案，对完成O型网格剖分后的近棒区流体域进行进一步加密；将进一步加密后的近棒区流体域沿绕肋方向旋转拉伸至固体棒束底部平面，然后将拉伸后的结构沿轴向等间隔分割，间隔长度为L，完成近棒区流体域的三维结构化网格的划分；通过如下步骤划分棒束固体域的三维结构化网格：在近棒区流体域与主流区流体域的三维结构化网格划分均结束后，获取近棒区流体域、主流区流体域边界上与棒束固体域重合的所有节点位置；将每一固体棒束的中心作为辐射中心，以该棒束的外轮廓为边界，在顶部横截面中360°向每一绕肋与棒束交点辐射线段，将每一固体棒束的棒束固体域分成2倍绕肋数量个模块；根据棒束固体域与近棒区流体域、主流区流体域重合边界上的节点位置一致的规则，对每一模块分别进行O型网格剖分；将完成O型网格剖分的棒束固体域沿绕肋方向旋转拉伸至固体棒束底部平面，然后将拉伸后的结构沿轴向等间隔分割，间隔长度为L，完成棒束固体域的三维结构化网格的划分；将上述三域的三维结构化网格拼接，获得多头绕肋棒束组件的网格划分结果。

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