(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210704801.0 (22)申请日 2022.06.21 (71)申请人 湘潭大学 地址 411105 湖南省湘潭市雨湖区羊牯塘 (72)发明人 卢海山　龚曙光　刘奇良　梁志玮　 陈莹　曹蔚兰　 (74)专利代理 机构 湘潭市汇智专利事务所(普 通合伙) 43108 专利代理师 宋向红 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) (54)发明名称 一种用于管板的六面体有限元网格剖分方 法 (57)摘要 本发明公开了一种用于管板的六面体有限 元网格剖分方法。 本发明主要包括： 以管板中心 对称线为坐标轴Z， 管板管程侧表面内水平对称 线为坐标轴X， 竖直对称线为坐标轴Y， 三根坐标 轴交点为原点O， 确定每根换热管中心对称线在 XOY平面内坐标， 并存储至对应数组； 遍历管板 管 程侧表面开孔中心点坐标数 组， 通过循环在管板 几何模型管程侧表面开孔处逐个建立正六边形； 遍历管板管程侧表面开孔中心点坐标数组坐标 数据， 通过循环利用开孔中心点与嵌套换热管正 六边形顶 点和各边中点之间的连线， 切分正六边 形域内多个正六边形域， 等。 本发明方法能够克 服现有管板网格剖分方式的缺点， 简洁快速地获 得管板的六面体网格， 有效提高管板的有限元网 格质量。 权利要求书2页 说明书4页 附图5页 CN 114970282 A 2022.08.30 CN 114970282 A 1.一种用于管板的六面体有限元网格剖分方法， 其特 征在于包括如下的步骤： (1)以管板的中心对称线为坐标轴Z， 管板的管程侧表面内的水平对称线为坐标轴X， 竖 直对称线为坐标轴Y， 三根坐标轴的交点为原点O， 并根据管板布管区内换热管的布置规则 即换热管 的布置规则分为正三角形或正四边形布置， 确定每根换热管中心对称线在XOY平 面内的坐标， 即管板管程侧表面 开孔中心点的坐标， 并存 储至对应的数组； (2)遍历管板管程侧表面开孔中心点的坐标数组， 通过循环的方式， 在管板几何模型管 程侧表面的开孔处逐个建立正六边形； 并利用建立的正六边形切分管板的几何模型， 切分 后的管板几何模型分为嵌套换热管的正六边形域 Ω1、 非嵌套 换热管的多边形域Ω2和非布 管区Ω3， 其中换 热管为圆环形域； (3)遍历管板管程侧表面开孔中心点坐标数组的坐标数据， 通过循环的方式， 利用开孔 中心点与嵌套 换热管的正六边形的顶点和各边中点之间的连线， 切分步骤(2)所述 Ω1内的 多个正六边形域； (4)遍历管板管程侧表面开孔中心点坐标数组的坐标数据， 通过循环的方式， 利用非嵌 套换热管的多边形的中心 点与多边形各边的中点之 间的连线， 切分步骤(2)所述 Ω2内的多 个多边形域； (5)采用映射方式划分步骤(2)所述Ω1和Ω2的几何区域， 采用扫掠方式划分步骤(2) 所述Ω3的几何区域， 得到全部由六面体网格组成的管板有限元网格。 2.根据权利要求1所述一种用于管板的六面体有限元网格剖分方法， 其特征在于： 步骤 (2)具体包括如下步骤： (a)对于处于循环中的管板管程侧表面某个开 孔的中心点， 提取其 坐标数据； (b)以步骤(a)所述的坐标数据为中心点坐标， 管板开孔中心点间距的一半为边长， 建 立嵌套了步骤(a)所述 开孔的正六边形； (c)利用步骤(b)所述的正六边形切分管板的几何模型， 将切分后的管板几何模型分为 嵌套换热管的正六边形域Ω 1、 非嵌套换 热管的正多边形域Ω2和非布管区Ω3 。 3.根据权利要求1所述一种用于管板的六面体有限元网格剖分方法， 其特征在于： 步骤 (3)具体包括如下步骤： (a)对于处于循环中的管板管程侧表面某个开 孔的中心点， 提取其 坐标数据； (b)以步骤(a)所述的坐标数据所确定的点为原点O ’， 在原点O ’处建立局部柱坐标系， 其坐标轴为 R、 θ、 Z’， 其中坐标轴Z ’的正方向与Z的正方向相同， θ 的零度方向与X的正方向相 同； (c)以步骤(b)所述局部柱坐标系为基准， 以局部柱坐标系的原点O ’为圆心， 管板开孔 中心点间距的一半为半径， 选择对应的嵌套换热管 的一个正六边形域， 即暂时将该正六边 形域以外的域隐藏； (d)分别建立 步骤(b)所述原点O ’与步骤(c)所述 正六边形的顶点与各边中点的连线； (e)利用步骤(d)所述的连线切分步骤(c)所述的正六边形域为24个四边形域， 完成切 分后， 删除步骤(b)所述的局部坐标系和步骤(d)所述的连线， 并将步骤(c)所述的隐藏部 分 设置为取消隐藏的状态。 4.根据权利要求1所述一种用于管板的六面体有限元网格剖分方法， 其特征在于： 步骤 (4)具体包括如下步骤：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114970282 A 2(a)对于处于循环中的管板管程侧表面某个开孔的中心点， 提取其坐标数据， 并沿X、 Y 方向分别偏移ΔX和ΔY， 其中， ΔX为管板开孔中心点间距的一半； 当换热管为正三角形布 置时， ΔY为管板开孔中心点间距的tan(30 °)/2倍， 或者， 当换热管为正方形布置时， ΔY为 管板开孔中心点间距的tan(3 0°)/2倍的一半； (b)以步骤(a)所述的坐标数据所确定的点为原点O"， 在原点O"处建立局部柱坐标系， 其坐标轴为R ’、 θ’、 Z"， 其中坐标轴Z"的正方向与Z的正方 向相同， θ ’的零度方向与X的正方 向相同； (c)以步骤(b)所述原点O"为圆心， 当换热管为正三角形布置时， 以管板开孔中心点间 距的tan(30 °)*sin(30)/2倍为半径， 或者， 当换热管为正方形布置时， 以管板开孔中心点间 距的cos(30)/4倍为半径， 选择对应的非嵌套 换热管的多边形域， 即暂时将该多边形域以外 的域隐藏； (d)分别建立 步骤(b)所述原点O"与步骤(c)所述多边形的各边中点的连线； (e)当换热管为正三角形布置时， 利用步骤(d)所述的连线切分步骤(c)所述的多边形 域为3个四边形域， 或者， 当换热管为正方形布置时， 利用步骤(d)所述的连线切分步骤(c) 所述的多边形域为4个四边形域， 完成切分后， 删除步骤(d)所述的连线和步骤(b)所述的局 部柱坐标系， 并将步骤(c)所述的隐藏部分 设置为取消隐藏的状态。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114970282 A 3