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第一章 介绍

ICEM CFD 工程

Tutorials 目录中每个工程是一个次级子目录。每个工程的目录下有下列子目录：import, parts, domains, mesh, 和
transfer。他们分别代表：
• import/: 要导入到 ICEMCFD 中的集合模型交换文件，比如 igs，STL 等；
• parts/: CAD 模型
• domains/: 非结构六面体网格文件(hex.unstruct), 结构六面体网格分区文件(domain.n), 非结构四面体网格文件
(cut_domain.1)
• mesh/: 边界条件文件 (family_boco, boco)，结构网格的拓扑定义文件(family_topo, topo_mulcad_out), 和 Tetin 几何
文件(tetin1).
• transfer/: 求解器输入文件(star.elem), 用于 Mom3d.的分析数据

mesh 目录中 Tetin 文件代表将要划分网格的几何体。包含 B-spline 曲面定义和曲线信息，以及分组定义
Replay 文件是六面体网格划分的分块的脚本

鼠标和键盘操作

鼠标或键盘

操作

功能

鼠标左键

点击和拖动

旋转模型

鼠标中键

点击和拖动

平移模型

鼠标右键

点击和上下拖动

缩放模型

鼠标右键

点击和左右拖动

绕屏幕 Z 轴旋转模型

F9

按住 F9，然后点击任意鼠标键 进行操作的时候进行模型运动

F10

按 F10

紧急图象 Reset

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第二章 ICEM CFD Mesh Editor 界面

The Mesh Editor, 创建修改网格的集成环境，包含三个窗口
• The ICEM CFD 主窗口
• 显示窗口
• The ICEM CFD 消息窗口

主窗口

主窗口中除了图形显示区域，外，还有6个radio按钮：

File

,

Geometry

,

Meshing

,

Edit Mesh

and

Output

.

The File Menu

The

File

menu 包含

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•

Open

,

Save, Save as, Close, Quit, Project dir, Tetin file,

Domain file, B.C file, Import geo, Export geo, Options, Utilities,
Scripting, Annotations, Import mesh, DDN part.

The Geometry Menu

The

Geometry

menu 模型修补和编辑，边界条件的设置，调用ICEM CFD DDN。它包含

•

DDN tools

,

Bound conds

,

Repair

,

Utilities

,

Global setup.

模型编辑模式，由

一排彩色radiobuttons控制

•

Surface

,

Curve

,

Point

,

Material

,

Density

,

Loop

.

它们又分别具有次级菜单
•

Create

,

Delete

,

Modify

,

Mesh params

,

Change family

,

Copy/move

.

The Meshing Menu

The meshing menu 包含ICEM CFD各种网格划分模块。只有用户拥有楼阁模块的license，他才可以使用这个模
块。目前ICEMCFD提供下列模块：
•

Hexa

,

Tetra

,

Global

,

Prism

,

Quad

,

AutoHexa

,

Mulcad/Padamm

,

P-Cube

按不同的按钮会调用不同的模块。

The Edit Mesh Menu

The

Edit Mesh

menu包含必要的网格编辑功能, 粗化、平滑合并等。具体的操作有：

•

Copy/move

,

Smooth

,

Refine

,

Coarsen

,

Merge

,

Extrude

,

Diagnostics

,

Uncouple

,

Bandwidth

,

Change type

,

Change

family

,

Utilities

,

Edit nodes

,

Edit elements

,

Edit edges

,

Edit

Blocks

,

Edit subfaces

,

Repair

The Output Menu

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The

Output

menu针对不同求解器进行边界条件的设置。此外用户可以调用Mom3d 和 Visual3 进行网格自适应

和可视化。可使用的功能有：
•

Select solver

,

Bound conds

,

Solver params

,

Solver input

,

Run solver

,

Visual3

,

Mom3d

,

RAMM-ICE

Note:

The ICEM CFD 后处理模块 Visual3, 网格优化模块Mom3d, 以及与RAMM-ICE的内燃机网格接口必须

有另外的license

The Utilities Cluster

这些功能都位于主窗口的右上角：
•

Help

: connects the user to the ICEM CFD on-line help

•

Orient

: 控制显示坐标

•

View

: 定制显示属性

•

Undo

: 操作反悔

•

Redo

: 撤销反悔

•

Print

: 打印

•

Shell

: 调用一个X-Term命令窗口

显示窗口

The display window, 处于屏幕右边, 允许控制按照family, geometric entity, element
type and user-defined subsets来显示.
Important: Since some functions are performed only on the entities
shown, the Display window is a very important feature to use when
isolating the particular entities to be modified.

Families

Color-coded and customizable, display by family, as defined in the
mesher interface, is available in this window.

Geometry

When this button is toggled on, the user has control over the
display of geometric entities. The Opts button beside for each
entity type allows control over the display characteristics.

Note:

Based on the domain file chosen, this toggle button will

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either be labeled “unstructured” or “structured,” or be absent
altogether if no domain file is specified.
•

Structured

or

Unstructured

: Aside from display of the mesh

based on element type, for even greater power, ICEM CFD
allows the user to create custom subsets; the careful display of
which allows a great deal of control in the mesh operations.
• Display Subset: This toggle button allows you to define subset
of your model based on a set of numerous attributes, including
element type, screen selection, coordinate position, etc.

第三章 ICEM CFD Tetra 四面体网格划分器

自动对CAD模型或者STL模型生成四面体网格，无需先生成表面网格

这是Tetra生成的棱拄和四面体混合网格，包含55万四面
体网格和12层33万棱拄网格

介绍

Tetra采用8叉树算法来对体积进行四面体填充并生成表面网格。用户必须事先规定一些关键的点和曲线。Tetra
具有强大的网格平滑算法，以及局部适应性加密和粗化算法。

对于复杂模型，ICEM CFD Tetra具有如下优点:
•

基于

8叉树算法的网格生成

• 快速模型set-up

• 网格与表面拓扑独立
• 无需表面的三角形划分

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• 可以直接从CAD模型和STL数据进行网格生成
• 对CAD surfaces and/or STL Representation定义网格尺寸
• 控制体积内部的网格尺寸
• 四面体的节点和曲线与事先的规定匹配
• 采用Natural size

单独的

决定几何特征上的四面体网格尺寸

• 体积网格和表面网格的平滑、节点合并和边交换
• 四面体网格能够合并到混合网格中，并实施平滑操作
• 单独区域的粗化
• Enforcement of mesh periodicity, both rotational and translational
• 表面网格编辑和诊断工具
• 局部细化和粗化
• 为多种材料提供一个统一的网格
• 快速算法: 1500 cells/second

ICEM CFD Tetra 的输入

ICEM CFD Tetra的输入方法有：
• Sets of B-Spline curves and trimmed B-Spline surfaces with
prescribed points
• Triangular surface meshes as geometry definition
B-Spline曲线和曲面

当B-spline曲线和曲面输入后，采用线段和三角形对曲面和曲线进
行近似，并在预先规定的点上设置顶点。

B-Spline曲线允许Tetra 处理表面上的间断。

如果在表面的边

界上没有定义曲线，Tetra划分的三角形会自由的越过间断。
而预先规定的点会使得它认出曲线上尖锐的拐弯。 Tetra 中
有工具来自动的在尖锐的特征上获取点和曲线。

三角形表面网格

对于三角形表面网格，关键点和曲线能够自动的被识别。虽然Tetra
生成的网格上的节点不完全和原始的网格重合，但是它会符合模
型的形状。这对于从别的网格数据或者立体扫描数据中导入几何
模型是很有用处的。

ICEM CFD Tetra 中的智能几何

ICEM CFD的CAD接口，保留有CAD几何模型的参数化描述，网格可以在修改过的几何模型上重新生成。在CAD
中选中被导入的模型带有附加的信息，它们与主几何模型一起存储，几何模型的参数改变后，用户要重新生成
网格只需简单的

File > Save，就可以立即进行非结构四面体网格重新计算。

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八叉树算法

Tetra网格生成是基于如下的空间划分算法：这种算法需要的区域保证必要的网格密度，但是为了快速计算尽量
采用大的单元。
1. 在几何模型的曲线和表面上规定网格尺寸

2. 构造一个初始单元来包围整个几何模型
3. 单元被不断细分来达到最大网格尺寸（每个维的尺寸按照1/2分割，对于三维就是1/8）
4. 均一化网格来消除悬挂网格现象

5. 构造出最初的最大尺寸单元网格来包围整个模型

6. 节点调整以匹配几何模型形状

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7. 剔除材料外的单元
8. 进一步细分单元以满足规定的网格尺寸要求

9.

通过节点的合并、移动、交换和删除进行网格平滑

Family 设置, Material Points, 预先规定 Points

在ICEMCFD中可以对几何模型中的各种几何元素进行分组，形成不通的families。这样允许用户对不通的families
进行不同的参数设置。除了对不通families设置边界条件，用户还可以对每个family定义控制网格尺寸的参数：
maximum length, initial height, and height ratio。此外还可以对单独的曲线和表面定义网格尺寸参数。这样通过预
先规定的网格尺寸参数，用户可以控制四面体节点和关键区域的边的位置。
如上面的八叉树算法已经描述的，当网格划分器调整网格节点以匹配几何模型外形时，它首先匹配预先规定点
和曲线。

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在单元剔除步骤，Tetra要求在每个需要进行分析的不同材料内定义一个material point。对于CFD，material point可以
来定义流体区域；对于结构有限元分析，可以来定义固体区域；或者对于耦合传热问题，用来定义两种区域。

ICEM CFD Tetra 重要特性

Natural Size

如果对一个family定义的最大四面体尺寸比某个成员几何元素大，用户必须使用
natural size限制。The user can specify a natural size
that is proportional to the reference tetra size; it should be assigned
a value that is slightly smaller than the smallest gap in the model,
so that the mesher will further subdivide the tetrahedra to match
this geometric feature.

The natural size limit 将是整个网格中的最小尺寸。Only if the user defines a smaller
max size on a geometry entity will Tetra continue to subdivide until meeting
the maximum size request. The effect of the natural size limit is a
geometry-based adaptation of the mesh.

Tetrahedral Mesh Smoother

the tetrahedral smoother

计算每个单元的质量。然后根据用户指定的质量要求进行平滑。

Smoother修改所有不符合标准的单元——节点被移动、合并，边被交换，或者单元
被删除。如此重复直到满足要求或者达到一定的迭代次数。

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有时候用户不愿对某个family进行网格平滑，ICEM CFD Tetra 提供

fix_families

功能来指定某个family保持不变。此外，另外一个相似的功能

fix_prisms，用来排除

棱拄单元的平滑。

Tetrahedral Mesh Coarsener

以采用

fix_families

来排除某个family的

得到的网格在所有几何元素上会满足预设的

projection和smoothing工具tools，以及单元创

ent of orientation.

Coarsening和smoother的过程相似。此外也可
coarsen操作。

如果coarsen操作中，size_check 选项打开，
尺寸标准。而且

Tetra包含了完全的投影

建、删除、分裂、交换和uniform enforcem

Triangular
Surface Mesh
Smoother

coarsener reduces the

rging triangles. This operation

viation of the resultant triangle center

ace, the aspect ratio of the merged triangle, and the

In the interest of minimizing grid points, the
number of triangles in a mesh by me
is based on the maximum de
from the surf
maximum size of the merged triangle.

Triangular
Surface Editing
Tools

的三角形和non-

ements.

ICEM CFD Tetra 提供交互式网格编辑功能，可以实现节点在几何模型表面的移
动、合并或者删除。三角形单元可以被单独的分割和标记以不同的名称，并进行质
量检查以进行评价。
表面网格诊断工具允许用户快速填充表面网格中的“洞”，查找重叠
manifold顶点以及detection of single/multiple edge and duplicate el

P

rism Layer Offset

FD Tetra 的一个独

对于支持非结构四面体和棱拄混合网格的求解器来说，ICEM

拄层网格。

C

特功能Prisms 能够在壁面附近产生偏移的棱

Mesh Periodicity

采用周期性网格ICEM CFD Tetra 网格能够很好的适应叶轮机问题的分析。

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第三章

这个示范中，我们将对如图的三位管道回合段进行四面体网格划分。

本示范介绍的操作有：

Geometry

• 设置网格参数

Mesh params >Model 和

Mesh params > Families

.

Meshing menu

• 自动网格生成和平滑

Tetra > Batch from CAD

Edit mesh menu

• 检查网格质量

Diagnostics

.

打开工程

elect project

，选择

3DpipeJunct

project，再选择tetin1。如果出现一个提示窗口要

domain，则选择

Cancel 来开始一个新的模型。

family

1 如果

families还未定义，那么首先需要对几何模型的不同区域分类以创建family。最初整个几何模型被设置为

四面体网格划分示范 1：三维管道回合

figure 3.1.1

打开File > Open，选择

S

求加载一个

生成四面体网格

定义

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一个family，名称为GEOM。我们将按照figure 3.1.1所示来修改family设置。表面family有INL, OUT, CYL1,
CYL2, and SY 。

2

选择

Geometry > Surface> Change family

.来修改family设置

M

3 用鼠标左键选择某个表面，用鼠标中键确认选择，然后会出现一个family设置窗口。或者为所选择
的面选择一个已经存在的family，或者在New family中输入一个新的名称来为这个（些）面创建一个
family

4 一旦所有的surface被设置重新命名

，采用相似的操作继续对

Curves

,

Points

, 和

Materials 进行设置。

5 在

Geometry > Curve> Change family

几何模型中所有的曲线将被设置为

CUR。

用户可以按住鼠标左键拖动进行box-select。

6 所有的点

放在PTS family中。注意将光标放在主窗口中，按"v"键，则可以选择

所有点元素。

定义Material点

lect family 窗口中, 输入 LIVE 作为

New family 名称，

按

Accept 接受

4

用鼠标左键在圆柱上选择两个相对的顶点，然后按鼠标中键确认。LIVE 应该在

几何模型的内部。旋转模型以确认它确实在体积内部。

5 要删除空的

families，在Display菜单中选择

Families > Edit

，点击

Delete unused。

这样列表中的无用family

会自动清除。按

Accept关闭这个窗口。

1 模型的

material将被设置为 LIVE family。它处于圆柱的内部。

2

选择

Geometry > Material > Create > Screen midpoint

.

3

在 Se

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设置网格参数

1 要确认

Surfaces 和

Curves 都已经被

toggled on, 在displ

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ay窗口的分别按

Surfaces 和

Curves的Opts > Tetra

其他所有的family、曲面和曲线的网格尺寸都以它为参考，乘以各自的设定的size

3

注意改变

Reference size 并按

Apply

会改变几何模型上的四面体图标的尺寸。

4 要改变某个指定family的网格尺寸，

选择

Surface>Mesh params > Families。用户就可以从

Select

family窗口中

选择family（如图）。本示范中选择CYL2 然后按

Accept。CYL2 对应的表面就会以加亮显示。

5

在Surface family mesh params 窗口中(

如图

)，对

Size 指

定为0.5，其他参数为0

，因为Tetra 生成网

数，只有Hexa用。选择

Show size param

使得按下Apply后参数调整可见

。选择

Dismiss

关闭窗口。

sizes

，四面体形状的图标就会显示在几何模型上。

2 这时用户可以用

Mesh params > Model 来修改整个模型的网格尺寸（右图）。将Reference size设置为5，

Reference size

是一个被乘数，

不同 Reference size 的效果

格时不用这些参

s using refsize 会

6

当对网格尺寸设置满意后，按

File > Save 来

存储。

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Running the Tetra Mesh

esh

Message

Window将会报告网格划分过程信息。

者注：这个步骤和PDF文档中所述不相同，原文中的菜

与4.2版不太一样。原文和原

Cho

the

tetr

e

Tetra > Interactive from CAD

mode

vol

sh (

Write

urface

).

The Tetra parameters window will appear (refer

Figure 3.1.4):

1. 选择

Meshing > Tetra > from CAD/Surface M

来生成四面体网格。Tetra parameters 窗口将会
出现(如右图);

2. 按照图中设置后，按Mesh进行网格划分。

译
单和Tetra parameters窗口

图

如下：

ose

Meshing > Tetra > Batch from CAD

to generate

ahedral mesh. Th

indicates that Tetra will not automatically save the

ume mesh (

Write volume

) or surface me

s

to

最后显示的网格为：

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Saving the Mesh

用

File > Save >Domain file 存盘

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第五章 Sphere Cube

示范之后，读者将会掌握采用 Smoother 来提高网格质量。

1．打开工程

在 Select project 窗口，选择SphereCube工程后，再打开tetin1文件。

3. 生成四面体网格

Family设置

1. 与前面的示范相同，最初所有的表面属于一个family——GEOM。用户需要按照上图对表面重新创建family

(SPHERE, CUBE, SYM) 。

2. 在

Geometry > Surface> Change family

菜单中修改family设置。

3.

用鼠标左键选择需要的表面，然后中键确认选择。在Select family 窗口出现后，或者选择已经存在的family，
或者创建新的family。

4.

本示范中，对于所有的点和曲线，设为一个family, GEOM。

本

一个半球体，内含一个立方体空腔。图中以标明表面的 family 名称。

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定义Material点

同上个示范一样，material点被设置为单独的family，LIVE。采用

Create > Screen midpoint功能

设置material点。

用鼠标左键在半球上选择两个点，按中键确认，LIVE就会出现在模型上。

Reassigning Mesh Parameters

1. 用户必须在网格生成之前设置网格参数。在

Geometry

分类中，按

Mesh Params > Model

来进入Model Mesh Params 窗口。

2.

注意

:

为了方便，建议打开

Reference size

旁边的display选项来显

示标记为

ref 的四面体图标。

从Display菜单中，打开

Surfaces >

Opts > Tetra sizes 和 Curves > Opts > Tetra sizes，以显示

代表网

格尺寸的图标。

3. 回到 Model mesh params 窗口，输入如图参数；

4.

在

Mesh params > Families

中可以对不通的family设置不同的网格

参数。对于 SYM，按照下图设置。

5．存

。因此在这

对比更明显。

盘

6．参考第四章选择 Meshing > Tetra > from

来生成四面体网格。在Tetra

CAD/Surface Mesh

parameters 窗口做设置后，按Mesh进行网格划分。
Message Window将会报告网格划分过程信息。

译者注：原PDF文档所述与此不同。ICEMCFD4.2版的
Tetra parameters 窗口中无法关闭Smoother
里设置Smoother不要做很好的平滑。以便后面进行平滑
操作的

7. 网格划分好后存盘。

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