[发明专利]一种用于管板的六面体有限元网格剖分方法

权利要求书

1.一种用于管板的六面体有限元网格剖分方法，其特征在于包括如下的步骤：

(1)以管板的中心对称线为坐标轴Z，管板的管程侧表面内的水平对称线为坐标轴X，竖直对称线为坐标轴Y，三根坐标轴的交点为原点O，并根据管板布管区内换热管的布置规则即换热管的布置规则分为正三角形或正四边形布置，确定每根换热管中心对称线在XOY平面内的坐标，即管板管程侧表面开孔中心点的坐标，并存储至对应的数组；

(2)遍历管板管程侧表面开孔中心点的坐标数组，通过循环的方式，在管板几何模型管程侧表面的开孔处逐个建立正六边形；并利用建立的正六边形切分管板的几何模型，切分后的管板几何模型分为嵌套换热管的正六边形域Ω1、非嵌套换热管的多边形域Ω2和非布管区Ω3，其中换热管为圆环形域；

(3)遍历管板管程侧表面开孔中心点坐标数组的坐标数据，通过循环的方式，利用开孔中心点与嵌套换热管的正六边形的顶点和各边中点之间的连线，切分步骤(2)所述Ω1内的多个正六边形域；

(4)遍历管板管程侧表面开孔中心点坐标数组的坐标数据，通过循环的方式，利用非嵌套换热管的多边形的中心点与多边形各边的中点之间的连线，切分步骤(2)所述Ω2内的多个多边形域；

(5)采用映射方式划分步骤(2)所述Ω1和Ω2的几何区域，采用扫掠方式划分步骤(2)所述Ω3的几何区域，得到全部由六面体网格组成的管板有限元网格。

2.根据权利要求1所述一种用于管板的六面体有限元网格剖分方法，其特征在于：步骤(2)具体包括如下步骤：

(a)对于处于循环中的管板管程侧表面某个开孔的中心点，提取其坐标数据；

(b)以步骤(a)所述的坐标数据为中心点坐标，管板开孔中心点间距的一半为边长，建立嵌套了步骤(a)所述开孔的正六边形；

(c)利用步骤(b)所述的正六边形切分管板的几何模型，将切分后的管板几何模型分为嵌套换热管的正六边形域Ω1、非嵌套换热管的正多边形域Ω2和非布管区Ω3。

3.根据权利要求1所述一种用于管板的六面体有限元网格剖分方法，其特征在于：步骤(3)具体包括如下步骤：

(a)对于处于循环中的管板管程侧表面某个开孔的中心点，提取其坐标数据；

(b)以步骤(a)所述的坐标数据所确定的点为原点O’，在原点O’处建立局部柱坐标系，其坐标轴为R、θ、Z’，其中坐标轴Z’的正方向与Z的正方向相同，θ的零度方向与X的正方向相同；

(c)以步骤(b)所述局部柱坐标系为基准，以局部柱坐标系的原点O’为圆心，管板开孔中心点间距的一半为半径，选择对应的嵌套换热管的一个正六边形域，即暂时将该正六边形域以外的域隐藏；

(d)分别建立步骤(b)所述原点O’与步骤(c)所述正六边形的顶点与各边中点的连线；

(e)利用步骤(d)所述的连线切分步骤(c)所述的正六边形域为24个四边形域，完成切分后，删除步骤(b)所述的局部坐标系和步骤(d)所述的连线，并将步骤(c)所述的隐藏部分设置为取消隐藏的状态。

4.根据权利要求1所述一种用于管板的六面体有限元网格剖分方法，其特征在于：步骤(4)具体包括如下步骤：

(a)对于处于循环中的管板管程侧表面某个开孔的中心点，提取其坐标数据，并沿X、Y方向分别偏移ΔX和ΔY，其中，ΔX为管板开孔中心点间距的一半；当换热管为正三角形布置时，ΔY为管板开孔中心点间距的tan(30°)/2倍，或者，当换热管为正方形布置时，ΔY为管板开孔中心点间距的tan(30°)/2倍的一半；

(b)以步骤(a)所述的坐标数据所确定的点为原点O，在原点O处建立局部柱坐标系，其坐标轴为R’、θ’、Z，其中坐标轴Z的正方向与Z的正方向相同，θ’的零度方向与X的正方向相同；

(c)以步骤(b)所述原点O为圆心，当换热管为正三角形布置时，以管板开孔中心点间距的tan(30°)*sin(30)/2倍为半径，或者，当换热管为正方形布置时，以管板开孔中心点间距的cos(30)/4倍为半径，选择对应的非嵌套换热管的多边形域，即暂时将该多边形域以外的域隐藏；

(d)分别建立步骤(b)所述原点O与步骤(c)所述多边形的各边中点的连线；

(e)当换热管为正三角形布置时，利用步骤(d)所述的连线切分步骤(c)所述的多边形域为3个四边形域，或者，当换热管为正方形布置时，利用步骤(d)所述的连线切分步骤(c)所述的多边形域为4个四边形域，完成切分后，删除步骤(d)所述的连线和步骤(b)所述的局部柱坐标系，并将步骤(c)所述的隐藏部分设置为取消隐藏的状态。