[發明專利]反應堆燃料組件的帶有邊界層的六面體網格自動生成方法

有效

• 申請號: 201910274582.5
• 申請日: 2019-04-08
• 公開（公告）號: CN110009746B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 王明軍;鞠浩然;秋穗正;田文喜;蘇光輝
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明公開了一種反應堆燃料組件的帶有邊界層的六面體網格自動生成方法，1、幾何預處理，預留燃料棒表面邊界層網格的厚度空間；2、流體區域的分區，將流體區域分為帶有攪混翼的復雜幾何區域和簡單幾何區域；3、利用四面體網格劃分方法，完成步驟2中得到的帶有攪混翼的復雜幾何區域的網格劃分；4、將步驟3中生成的四面體網格轉換為HEX8六面體網格；5、將步驟4中生成的HEX8六面體網格轉化為HEX20六面體網格；6、簡單幾何區域網格生成；7、燃料棒表面附近邊界層網格的生成；本發明解決了基于譜元方法的計算流體力學計算軟件對復雜幾何模型建立困難、無法生成帶有邊界層的復雜幾何的六面體網格等問題。

技術領域

本發明屬于幾何六面體網格生成方法技術領域，具體涉及到一種反應堆燃料組件的帶有邊界層的六面體網格自動生成方法。

背景技術

當前，計算流體力學分析作為一種重要的分析方法，在工程計算和科學研究領域占有重要的地位。目前計算流體力學分析工具種類較多，采用的數值離散方法也不盡相同。目前常用的計算方法多為幾何適用性好而計算精度低的計算方法：在網格劃分方面較為寬容，能夠利用四面體網格完成空間離散，完成復雜幾何圍成的流體域的仿真計算。但由于計算方法的固有屬性使得計算精度低，不能有效的識別流場細節，同時難以通過二次開發的方式提升計算精度。因此完成高精度計算任務有相當大的困難。

譜元方法是一種空間離散方法。在離散求解偏微分方程時，該方法采用高階多項式作為基函數，可以大幅度提高計算結果精度。當采用高精度模型進行計算流體流動和傳熱分析時，利用譜元方法進行求解能夠盡可能的保障結果的準確性，能夠精確捕捉到流體的流動細節，為設計分析提供可靠而有效的數據支撐。基于譜元方法的計算流體力學軟件作為第二代流體力學分析軟件，具有較高的計算精度及收斂速度，能夠在計算方法層次解決目前計算流體力學軟件分析預測結果不精確的問題。

然而，目前譜元方法推廣較為困難，其中一個較為突出的矛盾在于譜元方法只能采用六面體網格支持計算，而目前六面體網格劃分過程一般采用手動完成，即采用幾何分塊-幾何關聯-設置網格參數-生成網格的流程實現。該過程不僅要求技術人員具有相當高的網格劃分經驗，而且工作量大，網格生成效率低，最重要的是對于復雜結構無法采用該方案完成幾何劃分。因此發明一種六面體網格自動生成方法對譜元方法的應用具有較大意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種反應堆燃料組件的帶有邊界層的六面體網格自動生成方法，該方法解決了在進行反應堆燃料組件熱工水力分析時，由于幾何模型過于復雜導致的無法采用合適的方法生成帶有邊界層的六面體網格的問題，為利用基于譜元方法的計算流體力學軟件完成反應堆燃料組件熱工水力分析提供了可能。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種反應堆燃料組件的帶有邊界層的六面體網格自動生成方法，包括如下步驟：

步驟1：幾何預處理過程：根據實際的反應堆燃料組件結構，運用UG 10.0三維建模軟件進行燃料組件的三維建模，建模內容包括攪混翼的建模及燃料棒的建模：首先，利用實際反應堆燃料組件的結構圖完成攪混翼結構的二維草圖繪制；進而利用UG 10.0軟件的拉伸功能得到有厚度的三維攪混翼模型，并利用公知的折彎功能將攪混翼模型折彎，完成攪混翼模型的建立；隨后，通過拉伸的方法建立三維的燃料棒模型；在建立三維燃料棒模型時，預留燃料棒表面邊界層網格的厚度空間；隨后利用UG 10.0軟件的布爾邏輯功能建立反應堆燃料組件外的流體區域；

步驟2：流體區域的分區過程：將反應堆燃料組件計算流體區域分為簡單幾何區域和帶有攪混翼的復雜幾何區域，具體地，在攪混翼上游1cm及下游1cm分別建立法線與燃料棒軸線一致的平面，以上述兩個平面為分界面，將計算流體區域分為三部分，利于后續分別處理；