HyperMesh 在 CFD 网格划分中的专业运用：技巧、难点与突破

对于熟悉 CAE（计算机辅助工程）分析技术的专业人士而言，网格划分无疑是整个分析流程中最为耗时且至关重要的环节。它不仅要求高度的精确性，还直接影响到后续分析结果的准确性和可靠性。为应对这一挑战，业界开发了 HyperMesh 等功能强大的前处理软件，其专为优化网格划分流程而设计。

利用这些前处理软件，工程师们能够更高效地实现高质量的网格划分。软件内置的智能算法和丰富工具集，不仅大幅减少了手动操作的时间和复杂度，还通过自动化和精确控制，显著提升了网格划分的效率和精准度。这意味着工程师们可以将更多精力投入到问题的核心分析上，而非繁琐的网格划分工作中，从而加速产品设计的迭代周期，提高整体工作效率。

HyperMesh作为世界领先的前处理器，拥有自动网格生成技术以及强大的建模能力。本文主要以离心风机的网格划分为例，介绍HyperMesh在流体网格划分领域的应用。

该案例主要包括外壳、发热器件及热管部分固体部分网格、空间流体部分网 格，如图 1 所示。其中离心风机流体部分由于外形复杂，可以快速生成非结构网格。外壳 和固体部分根据其扁平的外形特点使用拉伸的方式生成六面体网格。

hypermesh网格划分

选择 CFD user profile，离心风机流体部分如图 2，首先生成外包面以及风扇表面的网格，分别放入不同的组件中，如图 3 所示，网格的类型可以选为三角形、四边形或混合网格。然后，选择 CFD 方式生成体网格，根据需要选择所要生成边界层的面网格，给出第一层网格高度、层数和增长率生成空间实体网格。当所选择的面之间有较小夹角时或可能出现边界层交错而导致失败时，可以选用生成可变厚度边界层的方法避免该问题，如图 4 所示，边界层厚度在各处自行调节厚度。生成的实体网格会自动放在边界层和体单元内核这两个组 件中，可以根据需要将它们重新放入需要的组件中，方便下一步设置边界条件。

hypermesh网格划分

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外壳及其它固体部分几何非常扁平，全部采用拉伸的方法生成具有较大长宽比的体网格，以发热器件及热管部分为例说明，如图 5。首先决定模型的拓扑划分。热管部分是相对不规则的外形，选择平板和热管相交的面作为拉伸的基本面，生成该面的网格时注意分出热管部分和下面发热固体的部分，使用几何面切分的方法将该面切开，如图 6 所示。热管和板拉伸出实体网格后，如图 7，使用 HyperMesh 的 Generate BC areas 功能生成面网格， 找出板与三个发热器件接触的面分别拉伸出三个发热器件的网格，如图 8 所示。

hypermesh网格划分

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流体网格对网格单元的质量要求具一定的特殊性。比如说，在流动梯度大的地方要求使用较细的网格，在边界层内沿流动方向可以使用大长宽比的网格，网格的正交性、长宽比、扭曲率都需要满足一定要求。使用 HyperMesh 生成流体网格时，可以使用其质量检查功能对网格的质量进行检查，同时在生成网格的过程中要根据流场的特点，合理安排实体网格的生成。

使用 HyperMesh 的 Generate BC areas 功能生成面网格并设置边界条件。CFD 问题中 主要是在网格面上给定边界条件，如压力、速度、壁面、周期边界条件等。需要特别注意的 是，边界条件的命名一般以CFD求解器的边界条件的名称作为名字的开头。在用HyperMesh 生成网格的过程中，有的地方已生成了面网格，如前文所述的风扇表面以及热管的部分表面， 那么只需要将这些面网格放入所需要边界条件组件中，或者删除这些面网格，使用 Generate BC areas 功能重新找出这些面，然后再设置边界条件。

流体和不同的固体实体网格也是采用放在不同的组件里使用名字来设置边界条件的。不同类型的体网格交界面处或外边界处没有设置边界条件的地方，在导入 CFD 求解器时会自动生成外部边界条件，往往导致出错，建议合理的设置边界条件，避免遗漏。设置完边界条件后可以用寻找自由边的方法看是否存在 free edge，以此观察边界条件的设置是否有误。综上，使用 HyperMesh 生成网格时从一开始就需要做好规划，方便边界条件的生成。

结论

HyperMesh凭借其友好的用户界面、强大的几何处理功能以及高效的网格生成与边界层优化能力，在有限元分析前处理领域占据了重要地位，是工程师们不可或缺的工具之一。