[发明专利]一种微通道单元CFD流固耦合结构化六面体网格划分方法

说明书

本发明涉及一种微通道单元CFD流固耦合结构化六面体网格划分方法。该方法包括：建立基于横截面为矩形且流程上带90°拐角的微通道单元的三维几何模型；在拐角外侧的相交线建立创建点、建立创建点与拐角内侧相交线交点的连线；建立固体计算域拓扑块；切分固体计算域拓扑块为O形拓扑块，定义流体计算域拓扑块，切分流体计算域拓扑块为O形拓扑块；设置所有拓扑线节点参数，生成流固耦合的结构化六面体网格。本发明易于在拐角处生成拓扑块，实现沿着流体流向建立拓扑块的连贯性，保证微通道单元的固体、流体计算域有效分割，实现固体、流体计算域的拓扑块与三维几何模型之间的准确关联，确保不同区域的高质量网格，具有较高的网格生成效率。

技术领域

本发明属于计算流体动力学(CFD)网格生成技术领域，具体是涉及一种基于横截面为矩形且流程上带90°拐角的微通道单元CFD流固耦合结构化六面体网格划分方法。

背景技术

随着电子器件的集成度越来越高，电子器件的发热功率越来越大，传统的冷却方式已无法满足越来越高的散热要求，基于此，微通道换热技术获得大量研究和发展，已成为在小空间内高热流密度冷却的重要手段。

目前，基于横截面为矩形的流体通道已成为主要的微通道单元结构形式，微通道换热器一般由多个微通道单元并联组成，在散热面积较大的情况下，需要微通道单元在一个平面内表现出多次迂回的管道流程，在迂回处的微通道单元通常存在9O°拐角。

为了克服试验成本高、周期长、微通道内部换热机理难以观察的缺点，需开展计算流体动力学(CFD)仿真研究，而网格划分是实现CFD研究的前提条件。为了简化计算模型，降低网格划分难度，普遍做法是仿真模拟某一微通道单元来研究整个微通道换热器的换热性能。

在微通道换热过程中，热源的热量先经固体材料(如钢、铜等)的热传导，再传入通道内冷却液，因此需开展流固耦合传热分析，故而必须开展流固耦合CFD网格划分。

基于Ansys ICEM的拓扑块功能生成的六面体网格又称结构化体网格，相比于四面体等非结构网格，计算机生成网格的计算量小，容易获得高质量网格，使得CFD仿真模拟更容易收敛。然而目前针对基于横截面为矩形和带9O°拐角流程的微通道单元CFD流固耦合结构化六面体网格的具体划分方法属于空白阶段。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明结合Ansys ICEM软件创建一种基于横截面为矩形且流程上带90°拐角的微通道单元CFD流固耦合的结构化六面体网格划分方法。

为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：

一种微通道单元CFD流固耦合结构化六面体网格划分方法，包括以下步骤：

步骤(1)：建立基于横截面为矩形且流程上带90°拐角的微通道单元的三维几何模型，其中，微通道单元中流体通道的横截面也为矩形，所述横截面与流体流动方向呈垂直关系，所述三维几何模型中固体几何域、流体几何域之间的接触面重合为一个面；

步骤(2)：针对步骤(1)的所述三维几何模型中固体几何域、流体几何域的所有拐角，以拐角内侧相交的两条线的交点为参考点，在拐角外侧相交的两条线上各建立一个对应创建点，其中，所述拐角内侧相交的两条线与所述拐角外侧相交的两条线位于同一平面，所述参考点与对应创建点之间的连线与对应创建点所在的线垂直；再分别建立所述参考点与对应创建点之间的连线；

步骤(3)：基于步骤(2)的创建点与连线，依次建立从流体入口处至流体出口处的固体计算域拓扑块，其中固体计算域拓扑块全部包络步骤(1)的三维几何模型；然后基于步骤(2)的创建点与连线，建立固体计算域拓扑块与步骤(1)的三维几何模型中固体几何域的关联；