告别发散！ICEM结构化网格重构搅拌釜CFD工作流

摘要：

搅拌釜仿真是优化化工设备性能的关键手段，能显著降低实验成本并指导设计改进。其中，采用ICEM划分的高质量结构网格对仿真精度起决定性作用：结构化网格的规整拓扑特性可精确捕捉搅拌区复杂涡流，确保流场计算结果可靠性；其边界层控制能力还能有效模拟近壁面湍流特性。若网格质量不足，易导致数值扩散或收敛困难，使仿真结果偏离实际物理现象。因此，ICEM生成的高质量结构网格是获得准确搅拌釜仿真数据的重要基础。

ICEM结构网格划分技术特别适合化工机械、过程装备专业的工程师与研究生学习，尤其针对从事搅拌设备CFD仿真的研究人员。该技术能帮助流体仿真工程师解决复杂几何的网格生成难题，对需要精确模拟搅拌流场（如混合、反应等工业应用）的专业人员极具价值。同时，也推荐CAE软件应用工程师学习，以提升其处理旋转机械网格的专业能力。掌握该技能可显著提升多相流、传质传热等仿真的计算精度，是从事化工设备数字化研发的核心竞争力之一。

1 导入几何模型

在SpaceClaim软件中完成搅拌釜三维建模并保存为专用的design.scdoc文件，随后启动ICEM新建项目，选择导入模型时指定文件为design.scdoc，加载完成后通过取消勾选创建材料点等默认设置完成几何体载入。该格式可直接保留建模软件中的几何特征，无需进行中间格式转换，相较于传统IGES/STEP导入方式更高效。导入后可在左侧模型树中调整显示属性，并为后续网格划分创建对应的部件命名。

在ICEM中通过File→Import Geometry→STEP/Parasolid导入时，需勾选"Merge Tolerance"选项（推荐值0.01mm）并设置单位为毫米级精度，导入后立即使用Geometry→Check Geometry检测是否存在面缺失或缝隙，重点关注叶轮与轴配合处，若发现破面可通过Geometry→Repair→Stitch进行缝合，公差建议设为模型最小特征尺寸的1/100，随后创建部件(Part)并命名流场边界（如disk、inner、outer、plate等）。

2 生成block并划分全六面体网格

在划分拓扑块阶段，首先使用Blocking→Create Block→Initialize Blocks生成基础六面体框架，然后通过Split Block工具沿搅拌轴中心线进行径向切分，切分面数建议与挡板数量匹配。

对桨叶区域采用"O-grid"技术时需注意：O型环宽度应≥3倍边界层总厚度，环向分段数需为4的倍数，在Edge Params中设置桨叶前缘的权重系数为0.7以强化流动分离捕捉。边界层设置需在壁面边界配置5~7层棱柱网格（首层高度根据y+＜5计算确定，通常为0.1~0.3mm），增长率采用1.2~1.5的指数分布，并在Mesh→Global Mesh Setup中开启"Height Ratio Control"防止层间畸变。

设置全局网格尺寸后，对壁面添加边界层网格（Prism层数建议5层，增长率1.3）并启用Smooth Mesh功能优化过渡区域。

完成网格生成后，必须执行四项质量检查：雅可比矩阵＞0.3的单元占比≥95%；最大长宽比＜100；扭曲角＜75°；体积变化率＞0.01，对于旋转域网格还需额外检查周期性边界匹配度（偏差＜0.1mm）。

最终输出时选择ANSYS Fluent兼容的"msh"格式，并勾选"Export Boundary Conditions"选项以保留所有边界命名。对于瞬态模拟需求，建议将旋转域单独导出为"impeller_domain"并设置Interface为"Transient Rotor Stator"类型。

如需获得操作视频、几何模型文件、网格文件等，请购买并下载。