本文利用STAR-CCM+重叠网格功能，模拟罗茨鼓风机的流场。

本文涉及到的案例来自STAR-CCM+官方帮助文档，仅供学习和研究活动，禁止以商业盈利为目的的活动。

几何模型

本案例为一罗茨鼓风机的伪三维模型，因为整个流体区域的厚度比较薄，很难体现三维流动特性，主要为了方便演示如何利用重叠网格处理叶轮和壁面间隙很小的模型。

导入网格

因为官方案例已经帮我们划分好了背景网格和重叠网格，所以我们只需要将网格导入STAR-CCM+中即可，导入后的网格如下图所示。

两个旋转叶轮网格相互重叠区域的细节图如下图所示，每个叶轮壁面都划分了5层边界层网格。可以看到靠近壁面的4层边界层厚度随着叶轮间隙减小而不断变薄。

求解设置

物理模型

选择的物理模型如下图所示。

设置旋转

首先设置叶轮1的旋转参数。

• 右击 Tools > Motions节点，然后选择 New > Rotation；
• 重命名 Rotation节点为 Rotation1；
• 选择 Rotation1节点，设置旋转轴方向为[0.0, 0.0, 1.0]；
• 选择 Rotation1 > Rotation Rate节点，设置选择速度为500 rpm；
• 选择 Regions > Lobe1 > Physics Values > Motion Specification节点，将 Motion设置为 Rotation1。

其次设置叶轮2的旋转参数。

• 右击 Rotation1节点，在弹出的菜单中选择 Copy，然后右击 Motions节点，选择 Paste粘贴，这样我们就得到了一个和 Rotation1属性完全相同的一个节点 Copy of Rotation1；
• 重命名 Copy of Rotation1为 Rotation2；
• 设置 Rotation2的旋转坐标系原点为[0.0, 0.03185, 0.0]，转速为-500 rpm；
• 选择 Regions > Lobe2 > Physics Values > Motion Specification节点，设置 Motion为 Rotation2。

创建重叠网格交界面

在模拟过程中，在各个区域中的重叠网格之间需要进行数据交换。要实现区域彼此关联并进行数据交换，就需要在背景区域和重叠区域之间以及两个重叠区域之间创建重叠交界面。

反向旋转叶片的边界彼此接近，在它们之间形成一个小间隙。在这个很小的间隙中至少两到三个网格。要确保始终满足此要求，必须激活边界层收缩。边界层收缩使紧邻的壁边界之间的边界层单元变形，进而就会呈现出上面图片中边界层厚度随缝隙变薄的情况。

创建重叠网格交界面的步骤具体如下：

1. 创建 Lobe1区域和背景网格之间的交界面。同时选中 Lobe 1 和 BG，右击二者中任意一个，选择 Create Interface > Overset Mesh；
2. 创建 Lobe2区域和背景网格之间的交界面。同时选中 Lobe 2 和 BG，右击二者中任意一个，选择 Create Interface > Overset Mesh；
3. 创建 Lobe1区域和 Lobe2区域之间的交界面。同时选中 Lobe1 和 Lobe2，右击二者中任意一个，选择 Create Interface > Overset Mesh；
4. 设置上述交界面参数。同时选中 Overset Mesh 1、 Overset Mesh 2 和 Overset Mesh 3，右击三者中任意一个，然后在弹出的菜单中选择 Edit，激活 Prism Layer Shrinkage，为了提高插值精度，将插值方法设置为线性，具体如下图所示。

设置重叠网格拓扑

为什么要设置重叠网格拓扑呢？我们看到两个选择叶轮的实体是被挖掉的，它们在旋转的过程中，整个流场的几何模型是在不断变化的，所以需要设置拓扑，确保挖孔正确。

设置方法如下：

1. 选择 Regions→ Lobe1→ Physics Conditions→ Overset Topology节点，将拓扑选项改为 Direction；
2. 转到 Physics Values→ Overset Direction Specification节点，设置方向为**+Y**，具体如下图所示；

3. 同上，设置 Lobe2区域。

设置边界上的重叠属性

默认情况下，在靠近壁面边界的地方，边界层都会自动收缩变薄，但是在本案例中，并不想在泵壳体上下端盖壁面出产生边界层收缩，同时还要排除旋转叶轮延伸区域的旋转带来的影响，具体设置如下：

1. 同时选中 BG、 Lobe1和 Lobe2三个区域中的 top和 bottom边界，然后右击其中任意一个边界，然后在弹出的菜单中选择 Edit...，然后设置如下图所示；

2. 同时选择 Lobe1和 Lobe2两个区域中的 top和 bottom边界，右击其中任意一个边界，然后在弹出的菜单中选择 Edit...，接着设置如下图所示。

网格预览

一般情况下，在计算开始前要先预览下重叠网格运动是否正确，预览步骤如下：

1. 创建一个新的物理连续体，并将其重命名为 Mesh Preview Continuum；
2. 选择物理模型如下图所示；

3. 同时选中 BG、 Lobe1和 Lobe2三个区域，将物理连续体修改为上面创建的 Mesh Preview Continuum；
4. 点击快捷工具栏中的 Run，即可预览重叠网格的运动效果；
5. 预览完成后，停止迭代计算，然后在把 BG、 Lobe1和 Lobe2三个区域的物理连续体切换为 Physics 1；
6. 在主菜单栏中点击 Solution > Clear Solution，然后点 OK，重叠网格会回复原状。

计算结果

设置好监测场景就可以开始计算了，时间步长设置为4e-4 s，内迭代步数为10步，总物理时间为1 s。点击快捷工具栏中的Run按钮开始计算，计算完成，得到罗茨鼓风机的流场随时间变化如下图所示。