[发明专利]反应堆燃料组件的带有边界层的六面体网格自动生成方法

说明书

本发明公开了一种反应堆燃料组件的带有边界层的六面体网格自动生成方法，1、几何预处理，预留燃料棒表面边界层网格的厚度空间；2、流体区域的分区，将流体区域分为带有搅混翼的复杂几何区域和简单几何区域；3、利用四面体网格划分方法，完成步骤2中得到的带有搅混翼的复杂几何区域的网格划分；4、将步骤3中生成的四面体网格转换为HEX8六面体网格；5、将步骤4中生成的HEX8六面体网格转化为HEX20六面体网格；6、简单几何区域网格生成；7、燃料棒表面附近边界层网格的生成；本发明解决了基于谱元方法的计算流体力学计算软件对复杂几何模型建立困难、无法生成带有边界层的复杂几何的六面体网格等问题。

技术领域

本发明属于几何六面体网格生成方法技术领域，具体涉及到一种反应堆燃料组件的带有边界层的六面体网格自动生成方法。

背景技术

当前，计算流体力学分析作为一种重要的分析方法，在工程计算和科学研究领域占有重要的地位。目前计算流体力学分析工具种类较多，采用的数值离散方法也不尽相同。目前常用的计算方法多为几何适用性好而计算精度低的计算方法：在网格划分方面较为宽容，能够利用四面体网格完成空间离散，完成复杂几何围成的流体域的仿真计算。但由于计算方法的固有属性使得计算精度低，不能有效的识别流场细节，同时难以通过二次开发的方式提升计算精度。因此完成高精度计算任务有相当大的困难。

谱元方法是一种空间离散方法。在离散求解偏微分方程时，该方法采用高阶多项式作为基函数，可以大幅度提高计算结果精度。当采用高精度模型进行计算流体流动和传热分析时，利用谱元方法进行求解能够尽可能的保障结果的准确性，能够精确捕捉到流体的流动细节，为设计分析提供可靠而有效的数据支撑。基于谱元方法的计算流体力学软件作为第二代流体力学分析软件，具有较高的计算精度及收敛速度，能够在计算方法层次解决目前计算流体力学软件分析预测结果不精确的问题。

然而，目前谱元方法推广较为困难，其中一个较为突出的矛盾在于谱元方法只能采用六面体网格支持计算，而目前六面体网格划分过程一般采用手动完成，即采用几何分块-几何关联-设置网格参数-生成网格的流程实现。该过程不仅要求技术人员具有相当高的网格划分经验，而且工作量大，网格生成效率低，最重要的是对于复杂结构无法采用该方案完成几何划分。因此发明一种六面体网格自动生成方法对谱元方法的应用具有较大意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种反应堆燃料组件的带有边界层的六面体网格自动生成方法，该方法解决了在进行反应堆燃料组件热工水力分析时，由于几何模型过于复杂导致的无法采用合适的方法生成带有边界层的六面体网格的问题，为利用基于谱元方法的计算流体力学软件完成反应堆燃料组件热工水力分析提供了可能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种反应堆燃料组件的带有边界层的六面体网格自动生成方法，包括如下步骤：

步骤1：几何预处理过程：根据实际的反应堆燃料组件结构，运用UG 10.0三维建模软件进行燃料组件的三维建模，建模内容包括搅混翼的建模及燃料棒的建模：首先，利用实际反应堆燃料组件的结构图完成搅混翼结构的二维草图绘制；进而利用UG 10.0软件的拉伸功能得到有厚度的三维搅混翼模型，并利用公知的折弯功能将搅混翼模型折弯，完成搅混翼模型的建立；随后，通过拉伸的方法建立三维的燃料棒模型；在建立三维燃料棒模型时，预留燃料棒表面边界层网格的厚度空间；随后利用UG 10.0软件的布尔逻辑功能建立反应堆燃料组件外的流体区域；

步骤2：流体区域的分区过程：将反应堆燃料组件计算流体区域分为简单几何区域和带有搅混翼的复杂几何区域，具体地，在搅混翼上游1cm及下游1cm分别建立法线与燃料棒轴线一致的平面，以上述两个平面为分界面，将计算流体区域分为三部分，利于后续分别处理；