结构化网格快速生成工具的开发及其在冶金模拟仿真中的应用

摘要

结构化网格在模拟计算高精度、复杂问题时具有更高的计算准确度和更好的收敛性，但其划分难度大且耗时较长，如何快速生成高质量结构化网格是进行CFD(Computational fluid dynamics)等模拟计算领域的前沿问题.根据冶金容器的几何结构特征，引入了参数一体化建模+网格划分的理念，利用Python脚本快速批处理数据和开源CFD软件OpenFOAM的优势，成功开发了适用于冶金反应器的网格快速生成工具.以钢包–中间包–结晶器及其附属连接装置为例，进行了案例分析测试.结果表明，该工具软件生成的结构化网格在扭曲度和正交性等方面质量较高，可以满足各类模拟仿真的需求.该工具在解决冶金容器几何结构更新和网格分布调整方面相比于传统前处理方法可以在几十秒内快速生成高质量结构化网格.此外，开发了便于用户使用的图形用户界面，界面中仅需输入关键的几何结构和网格参数，即可对冶金容器快速便捷地生成相应的结构化网格，有效提升了前处理的简易度和效率.这一工具软件有望应用于冶金数字化和智能化转型发展的多种场景，并为其提供有效的软件支撑.

关键词

结构化网格 / 参数化 / 模拟仿真 / 工具软件 / 数智化

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52374322,52004024,U21A20112); 绿色低碳钢铁冶金全国重点实验室自主课题（41623016）