一、SCDM

1.1 简介

SCDM（SpaceClaim Direct Modeler）是一种直接建模技术， 区别于参数化建模，SCDM的操作主要在实体（建好的三维模型）上进行操作、修改，其简洁、快速、功能强大。

SCDM与Fluent 结合使用用于CFD计算是当前（2022年）最新方案，也是个人推荐方案（Fluent有meshing模块）。

【工程/机械建模软件有DesignModeler、SolidWorks等，网格划分软件有Gambit、Icem 、WorkBench Meshing等】

本教程主要包含：基础操作简要说明、操作技巧、特别注意事项等

1.2 建模

1.2.1 选择

1.2.2 草图

尽管SCDM为直接建模技术，但在建模的过程中仍然遵循着 草图-模型的过程

点击草图后，默认为45°视角，可以点击下方正视调整为面向使用者，方便操作

如果想调整草图位置，可以点击移动格栅

1.2.3 面

草图绘制完毕后，调整到实体视角模式，所有的草图会变成面，我们需要对面进行操作实现建模

1.2.4 拉动

有了面之后，通常我们进行拉动操作，将面转变成实体

注：拉动时可以选择剪切，将裁剪实体

1.2.5 调整

我们可以在实体的某一个面上继续画草图，然后重复执行拉动操作，如在上面的基础上挖一个圆柱

a、在实体的上表面新建草图

b、退出草图模式，拉动新生成的面

可以看到，我们已经挖好了圆柱。

SCDM的很大一部分就是建立实体--建立实体上的面--拉动的过程

注：拉动时根据与指示箭头的正反反向实现 延伸/挖除，也可在左侧树中自己选择

1.2.6 移动

直接建模的一个方便之处，在这里可以体现，双击内部圆柱面点击移动，则可以直接在模型上对圆柱进行移动

移动也可以选择进行旋转

当然，也可以在这里对圆柱进行拉动，拉动产生的调整为修改圆柱的尺寸

实体经常需要移动 ，比如复制另一个设计的实体到本设计中，需要移动对齐，移动过程中可以旋转，按住ctrl可以复制

1.2.7 填充

填充最常见的用途是填补某个面上的孔洞

在建模过程中难免会出现一些奇形怪状的边角，利用填充可以快速解决，填充可以移除选择的面，并将选择面的相邻面延伸【重要】【相邻面需要能延伸到一起】。

官方帮助文档的填充说明：

有疑惑之处多翻阅官方文档

1.2.8 组合

1.2.8.1 合并

有些时候，我们需要将多个实体合并成一个实体，减少实体量减低卡顿，可以通过直接选择实体后点击组合，默认为合并。

需要注意的是，两个实体没有交叉部分则无法合并

在一个好的建模里，应该将不同的功能划分为不同的实体，合并功能不宜乱用

1.2.8.2 切割

对于组合的应用，我们更多的是利用其切割功能。切割的本质是一种布尔操作，切割参考物可以是平面，也可以是实体，所以有很多种应用场所

如：进行布尔操作，切割出一部分实体，常用于CFD计算中流场域

如，按照一个平面进行切割，之后调整局部内容再进行合并，用于修改模型时壁面无关部分影响【常用】

可以看出，通过对实体切割后调整再合并，灵活的对实体的部分进行调整，常应用于建模过程中。

1.2.9 融合

当需要补充两个实体（零件）的间隙时，如果采用新绘制一个实体，再移动对齐，类似SolidWorks的操作 ，会很繁琐，SCDM有一个非常好用的命令，叫做融合

如上图所示，需要利用钢板将两个钢板进行连接，传统办法是绘制一个钢板移动并对齐，过程繁琐，且对于连接处还需要处理（角度原因）

在左侧树中选中“规则的线段”，则融合后为

融合命令处理此种情况非常好用，同时，融合是用于创建曲面的常用途径

1.2.10 投影

投影常应用于曲面设计，此处用一个刻字教程说明其功能

在一个实体旁建一个面，在面上加上注解（详细标题栏中），之后投影

投影在实体上形成了面，可以进行拉动等操作

1.2.11 阵列

绘制如玻璃钢格栅等实体时，阵列非常方便，只需要绘制一个网格，其余的阵列即可。

阵列完成后，可从左侧树中把阵列删除，已经修改的实体不会变化

注：阵列过程及删除过程中需要计算一点时间，耐心等待

1.3 技巧

1.3.1 组件

通常在设计中，将不同的零件分别放到不同的组件中

若对某个零件需要单独调整，则可以打开组件单独调整，随后整个设计随之变动

注：

a、在spaceclaim的简化版designspark中的设计-加文件中，添加的零件实际是一种超链接，不建议此种做法

b、直接复制、粘贴的形式将所有零件放到一个设计中，在数中可以看到每个实体，这种形式保存的是正常的、组合后的文件

c、在b的基础上，将相关性的零件（实体）放到一个组件中，更有利于整理，如可以通过打开组件的方式打开具备实体进行修改调整

1.3.2 复制面

对一个实体进行操作，如拉伸时，若想形成的新部分为一个新的实体，默认操作时不可以的

正确的做法是，在要操作的面上复制粘贴，形成一个新的面，再操作就可以形成新的实体了

注意：拉伸的时候，选项要选择为不合并

另：复制面可以剪切实体，当某些面剪切出现问题时可尝试用复制面操作

1.3.3 插入面

很多时候我们需要插入一个面，但在实体中不好定位（如圆形），此时可以点击坐标轴的两个坐标作为插入面的依据，同理，拉伸方向等都可以按照坐标轴方向选择

1.3.4 螺旋

螺旋生成通过拉动、围绕轴的方式进行

1.3.5 裁剪

需要对实体某部分进行裁剪时，可以：

a、通过插入一个面，分割后删除不想要的实体

b、插入一个面，将不需要的部分“拉动至”面

c、通过填充的方式进行

1.3.6 隐藏

当实体中有内面或内实体时，可以隐藏外面的图面以便于更好的选择内部面

1.3.7 透明

可以更改实体的透明度，以便观察实体内部

1.3.8 文件

3d建模内通用文件格式推荐stp，用SCDM导入后可以直接存储为SCDM的格式，导出后可供其他建模软件使用

1.4 前处理

1.4.1 拓扑

拓扑可以理解成描述几何的点、线关系，可简易理解成几何的点线结构，对于CFD中，拓扑的概念存在于：

1.4.1.1 共享拓扑

1、在 SCDM中，对不同的实体进行共享拓扑时，软件会找到可共享的线、点，并把选中的实体形成装配体（非严格意义装配体，而是类似的形式存在），此时导入到fluent meshing中，则把这些实体视为一个对象进行网格的划分。

示例：共享拓扑

若不共享拓扑，则导入fluent meshing时，形成两个网格对象（不影响划分网格）

示例：不共享拓扑

2、共享拓扑的实体在生成网格时共节点（尽管为一个装配体，但仍存在多个实体，这些实体网格边缘共享节点）

注意看分界面连接处，体网格共节点

3、不共享拓扑的实体在生成网格时不共节点

注意看分界面连接处，体网格不共节点

根据模型的不同，我们需要确定是否需要共节点，所以是否共享拓扑，根据模型确定，通常对于Mrf模型计算稳态，采用共节点方式，对于滑移网格计算瞬态，不能采用共节点方式。

1.4.1.2 结构化网格

结构化网格利用关键节点及拓扑关系，存储网格数据，相比存储每个网格的数据（非结构化网格），结构化网格存储变少，运算简便准确。

1.4.2 群组

在左侧树中，可以创建群组， 通常的做法是将模型的不同面根据不同的功能分成不同的群组传递给网格划分软件，以供选择使用，局部尺寸控制时根据群组选择修改极为方便。

1.4.2.1 共节点

以Mrf为例，内流场与外流程的模型共享拓扑，内流场域与外流场域的交界面共节点，此时在Fluent里可以设置此界面为interior，之后进行计算

1.4.2.3 非共节点

以滑移网格为例，内流场与外流程的模型不共享拓扑，交界面分别根据内流场及外流场设置（虽然重合，但是一个面），此时可以在Fluent里对重合面操作设置成interface，之后进行计算

1.4.3 体积抽取

体积抽取用于抽取管道/设备内的流体域，在CFD中，进行计算的是流体域而非设备/管道

抽取流体时可以根据面、边进行引导抽取，也可同时用面、边、内部矢量面共同使用（根据模型情况选择合适的方案）

二、Fluent Meshing

打开Fluent时，可以选择 Meshing（划分网格）或Solution（解决方案）

2.1 工作模式

Fluent Meshing有两种工作模式：工作流模式及传统模式（概要视图）

工作流模式里 通过选择工作流行，按流程一步步执行

传统模式里，通过导入，生产面网格、体网格的方式进行

本教程使用传统模式进行介绍

2.2 导入几何

第一步，导入模型，导入时的选型有两种，仅导入模型、导入的时候绘制面网格，推荐采用第二种（CFD表面网格）

最大尺寸参考值：模型最大尺寸的1/50，最小尺寸不能大于模型里最小的缝隙

（本例中最小尺寸设置为0.1 最大尺寸为4）

导入后绘制出网格，并显示网格边以方便观察

2.3 检查质量

通过选中网格查看概要的方式查看表面网格质量

表面网格看的是网格的扭曲率 skewness

skewness大于0.97 无法计算，根据模型情况确定范围，对于本案例这种简单模型，我们尝试控制在0.5以下：

通过展开菜单，我们可以依次查看在spaceclaim中分组的面的扭曲率，这也是为什么推荐在spaceclaim中把所有面详细分组的原因

依次查看每个面的面网格质量，发现最差情况出现在某个面上

注：本例中的模型为搅拌器旋转计算，主要内容包括：

a、所有流场域

b、所有流场域分成两个部分，外侧方形为 外流场区域（放置搅拌器的容器）

可以看到，在这个外流域中，中间部分是空的，此部分空的内容是我们的另外一个流场域：搅拌器周边流场域+搅拌器

c、搅拌器周边流场域

可以看到搅拌器周边流场域 中间也是空的，空的部分是搅拌器的实体

整个模型的实体共两个：中空的外流场、中空的搅拌器流场，外流场中空部分为搅拌器流场+搅拌器实体，搅拌器流场中空部分为搅拌器实体

对于Mrf及滑移网格计算搅拌器，均要按照此种方式创建流场域，其中搅拌器流场域直径稍微大于搅拌器即可，厚度同理。

本例中，扭曲率最差的部分就在于搅拌器实体对应的搅拌器流场域的重合面处：

可以看到，此部分表面形状不规则，尺寸较小，所以导入时设置的尺寸对于此面而言偏大，导致扭曲率大

需要注意的是：尽管上图显示的是搅拌器的形状，但实际上网格划分时，内流场域不包含搅拌器，搅拌器部分网格不划分，图中显示的搅拌器形状其实对应的是内流场域与搅拌器重合的那部分面的面网格（后面生成体网格时能看清楚）。

2.4 控制尺寸

点击 模型-尺寸-范围

选中 face zones，选中网格，选择inside

点击创建，左侧树中会出现新的尺寸场 然后就可以在右侧更改这个面的尺寸，修改后关闭

重新划分面网格并检查质量

之后不断调整，直到满意的数值

2.5 调整质量

有的时候，只是修改尺寸并不能达到满意的数值，此时可以通过调整质量进行改进

质量调整与尺寸修改结合使用更佳

2.6 参数设置

对体积域进行计算

计算后自动生成了不同的体积，分别进行修改，注意：此处 inside体积域和表面域不同，体积域是搅拌器，不是流场，设置为dead，其余两个流场设置为流体（更改类型-流体）

2.7 网格生成

点击cell zones 自动划分网格

选择合适的网格类型，点击网格，进行生成

2.8 质量检查

右击cell zones 显示所有边界，在菜单栏点击插入切割平面，并勾选显示体网格进行检查

之后进行质量检查

体网格的质量检查是查看正交性，最小正交性大于0.1 网格质量就不错了，若质量不合格，重新从头开始（深入改进办法尚未学习）

网格划分是一个需要深入学习的过程，本例只做简单介绍

三、Fluent Solution

此处只做简单说明，详细操作后期视频制作

正式计算前，需要先从软件导入网格，网格导入后默认不显示，需要手动显示，并将其位置适应当前窗口

3.1 通用

通用中主要的内容如下：

3.1.1 单位

以转速为例，设置如下：

3.1.2 缩放

选择网格的单位，如本例中的mm，可以看出，左侧的网格单位明显有误，模型长度3m，网格单位显示换算后为3000多米，所以需要缩放

3.2 模型

模型选择通常都选择湍流模型，可按图选择

如果设计到多相流，需要开启多相流模型

3.3 材料

默认材料为空气，我们需要添加自己想要的材料，注意：此处的材料只是一个库，实际使用的时候会根据需要进行选择

3.4 单元条件

单元条件主要设定此单元的流体，以及是否旋转等（如mrf，滑移网格）

3.5 边界条件

边界条件为设置进出口等内容

3.6 初始化

根据需要选择及设定初始化

3.7 设定图片及动画

瞬态计算必须提前设置图片及动画 另：只有初始化之后才可以进行设置

3.7 计算

可以开始进行计算