CN113688471A - 一种螺纹管内部通道有限元分析的结构化网格划分方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺纹管内部通道有限元分析的结构化网格划分方法，包括以下步骤：判断螺纹管内部通道的螺纹齿齿型，确定螺纹齿的数量N；若螺纹齿齿型为三角齿，且N≤12，则采用基于Y‑Block的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分；若螺纹齿齿型为三角齿，且N＞12，则采用基于O‑Block的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分；若螺纹齿齿型为梯形齿或M型齿，则采用基于多重切块的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分；生成二维流通截面网格；将二维流通截面网格进行旋转拉伸，生成与螺纹管内部通道等比例大小的体网格。本发明采用结构化六面体网格对复杂螺纹管的内部通道进行划分，可更好的捕捉螺纹管复杂的几何特征，网格质量高、网格数量少。

Description

一种螺纹管内部通道有限元分析的结构化网格划分方法

技术领域

本发明属于有限元分析网格生成技术领域，具体涉及一种用于螺纹管有限元分析的结构化网格划分方法。

背景技术

随着螺纹管加工工艺的进一步提高，螺纹管换热技术获得大量研究和发展，目前的换热设备中如空调蒸发器和冷凝器等已普遍采用螺纹管。相比于传统的光滑管，螺纹管单位长度的内表面积为普通光面铜管的1.5-2倍，具有传热效率高、不易结垢、体积小、节省材料等优点。然而由于螺纹管不规则的结构，其内部流动也具有复杂的不稳定特性，温度、速度与压力分布也呈现出较强的螺旋形偏转的趋势。因此，亟需获得螺纹管内部流动与换热特性，为螺纹管加工设计及换热设备加工设计提供技术支撑。

为了克服试验成本高、周期长、螺纹管复杂流动机理难以观察的缺点，需开展计算流体动力学(CFD)仿真研究，而网格划分是实现CFD研究的前提条件。目前常用的网格划分方法主要有非结构网格自动划分法和结构化网格划分法两种，相比较于结构化网格，非结构网格生成更为方便，但是其对于螺纹管复杂的内部通道来说，生成的网格质量较差、数量极多无法控制以及需要占用更多的计算资源，给后续的计算流体动力学(CFD)带来了很大困难。

近年来，逐渐出现一些复杂几何结构的结构化网格划分方法，如公布号为CN111046614 A的发明专利公开了一种带绕丝棒束组件结构化网格划分方法，通过对带绕丝棒束建立三维几何模型并划分为近棒通道和主流通道，对两个通道各自划分二维结构网格并旋转拉伸为三维结构网格，最后对两种三维网格进行网格拼接，完成带绕丝棒束组件结构网格的划分。

但以上的公开文件提出的网格划分流程只针对特定的几何结构，即使运用相同的思路和方法也难以成功应用到其他更复杂的几何上，况且划分出来的网格是否能满足节点对应，是否能导入软件中计算还有待商榷。螺纹管有内外螺纹之分，齿形之分(三角齿、梯形齿、M型齿等)，内部通道复杂，因此需要针对这类几何结构建立针对性的高效结构化网格划分流程与方法，为其流体动力学(CFD)流动与换热特性分析铺垫好前处理工作。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种针对性强且适用性高的由面及体的螺纹管内部通道有限元分析的结构化网格划分方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种螺纹管内部通道有限元分析的结构化网格划分方法，基于ICEM CFD软件来实现，包括以下步骤：

步骤1：判断螺纹管内部通道的螺纹齿齿型，确定螺纹齿的数量N；

若螺纹齿齿型为三角齿，且N≤12，则采用基于Y-Block的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分；

若螺纹齿齿型为三角齿，且N＞12，则采用基于O-Block的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分；

若螺纹齿齿型为梯形齿或M型齿，则采用基于多重切块的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分；

步骤2：生成二维流通截面网格；

步骤3：将二维流通截面网格进行旋转、拉伸，生成与螺纹管内部通道等比例大小的体网格；

步骤4：检查体网格质量，若体网格质量大于等于0.5则满足要求，得到完整的螺纹管内部通道六面体结构化网格；

否则，若步骤1采用基于Y-Block的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分，则重新采用步骤1中基于O-Block的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分，并重复步骤2到步骤4；

若步骤1采用基于O-Block的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分，则重新控制二维流通截面几何所对应的节点数量以及O-Block所对应的节点位置，继续按步骤1采用基于O-Block的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分，并重复步骤2到步骤4；

若步骤1采用基于多重切块的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分，则重新控制二维流通截面几何所对应的节点数量以及节点所对应的位置，继续按步骤1采用基于多重切块的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分，并重复步骤2到步骤4。。

进一步地，所述步骤1中采用基于Y-Block的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分，具体包括如下步骤：

步骤1.1.1：建立二维流通截面的周期单元拓扑结构，包括将螺纹管内部圆结构进行N等分的扇形结构与代表齿形的四边形结构；

步骤1.1.2：将扇形结构与四边形结构分别划分为三角形块与四边形块；

步骤1.1.3：对三角形块进行Y-Block划分；

步骤1.1.4：进行点关联与线关联，并设置相应的节点数生成二维周期单元网格；

步骤1.1.5：将二维周期单元网格转化为非结构化类型网格；

步骤1.1.6：对二维周期单元结构进行旋转复制，复制个数为N-1个，旋转角度为360/N度，并进行几何拓扑；

步骤1.1.7：对二维周期单元网格进行旋转复制，复制个数为N-1个，旋转角度为360/N度；

步骤1.1.8：检查不同周期单元网格的节点是否对应，如果出现节点不对应的情况，则对节点进行调整直至对应，得到二维流通截面网格。

进一步地，所述步骤1中采用基于O-Block的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分，具体包括如下步骤：

步骤1.2.1：建立二维流通截面的部分周期单元拓扑结构，包括将螺纹管内部圆结构的外围圆环结构进行N等分的四边形结构和代表齿形的四边形结构；

步骤1.2.2：将两个四边形结构均划分为四边形块；

步骤1.2.3：进行点关联与线关联，并设置一定的节点数生成二维周期单元网格；

步骤1.2.4：将二维周期单元网格转化为非结构化类型网格；

步骤1.2.5：对二维周期单元结构进行旋转复制，复制个数为N-1个，旋转角度为360/N度；

步骤1.2.6：对二维周期单元网格进行旋转复制，复制个数为N-1个，旋转角度为360/N度；

步骤1.2.7：检查不同二维周期单元网格的节点是否对应，如果出现节点不对应的情况，则进行节点调整直至对应，形成二维流通截面的外环面网格；

步骤1.2.8：对整个二维结构进行结构拓扑，形成二维流通截面上未划分网格部分的内围圆结构；

步骤1.2.9：对内围圆结构进行O-Block分块；

步骤1.2.10：对O-Block分块进行点关联与线关联，然后设置与外环面网格相对应的网格节点，生成二维流通截面的内围圆网格；

步骤1.2.11：将二维流通截面中的内围圆网格转化为非结构类型网格，

步骤1.2.12：检查外环面网格与内围圆网格的节点是否对应，如果出现节点不对应的情况，则进行节点调整直至对应，至此二维流通截面网格生成。

进一步地，所述步骤1中采用基于多重切块的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分，具体包括如下步骤：

步骤1.3.1：建立二维流通截面的部分周期单元拓扑结构，其中包括代表螺纹管内部圆通道的圆和代表齿形的四边形结构；

步骤1.3.2：对内部圆结构进行O-Block分块，同时进行点关联与线关联；

步骤1.3.3：对二维四边形周期单元结构进行旋转复制，复制个数为N-1个，旋转角度为360/N度；

步骤1.3.4：调整O-block的四个节点至合适位置；

步骤1.3.5：将O型块对应外围几何节点切分并关联所有节点；

步骤1.3.6：设置节点数，生成二维面网格并将其转化成非结构化类型网格；

步骤1.3.7：对二维四边形单元网格进行旋转复制，复制个数为N-1个，旋转角度为360/N度；

步骤1.3.8：检查网格节点是否对应，如果出现节点不对应的情况，则进行节点调整直至对应，至此二维流通截面网格生成。

进一步地，所述步骤3具体包括如下步骤：

步骤3.1：通过二维流通截面中心并沿管道轴心建立一条直线段，直线段的长度为L；

步骤3.2：确定需要拉伸网格的层数P，并计算每一层网格所对应的拉伸距离L/P；

步骤3.3：计算螺纹管内部通道的螺距H，计算公式如下：

式中：β为螺旋角；D为螺纹管内部通道中齿顶的圆直径；

步骤3.4：确定每一层拉伸网格所扭转的角度α，具体计算公式如下：

步骤3.5：根据螺距H、拉伸网格的层数P和每一层拉伸网格所扭转的角度α对二维流通截面网格进行旋转拉伸，形成体网格。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明根据螺纹管内部通道的螺纹齿的齿型及数量N不同，制订了二维流通截面网格划分方法选取的基本准则，以提高二维流通截面的网格质量和优化二维流体截面的网格处理流程。首先根据目标结构的几何特征判断螺纹管内部通道的螺纹齿齿型，确定螺纹齿的数量N；若螺纹齿齿型为三角齿，且N≤12，则采用基于Y-Block的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分；若螺纹齿齿型为三角齿，且N＞12，则采用基于O-Block的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分；若螺纹齿齿型为梯形齿或M型齿，则采用基于多重切块的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分；生成二维流通截面网格；采用由面网格→体网格的生成过程，生成与螺纹管内部通道等比例大小的体网格此方法无需建立实体三维模型；本发明采用结构化六面体网格对复杂螺纹管的内部通道进行划分，更好的捕捉了螺纹管的几何特征，不仅生成的网格质量更高，而且计算流体动力学(CFD)数值模拟时分析精度及保真度也更好；本发明可根据计算需求，灵活地调整网格节点数量和分布，相较于非结构化网格划分，无需对复杂的结构进行几何建模，有效减少网格数量同时保证计算质量，为后续进行数值计算打下基础。

附图说明

图1为本发明一具体实施例所涉及的一种螺纹管内部通道有限元分析的结构化网格划分方法的流程图；

图2为本发明一具体实施例所涉及的基于Y-Block思想对螺纹管内部通道齿形为三角齿的二维流通截面进行网格划分的流程图；

图3为本发明一具体实施例所涉及的基于O-Block思想对螺纹管内部通道齿形为三角齿的二维流通截面进行网格划分的流程图；

图4为本发明一具体实施例所涉及的螺旋线结构示意图；

图5为本发明一具体实施例所涉及的基于Y-Block思想做出的螺纹管内部通道齿形为三角齿的体网格；

图6为本发明一具体实施例所涉及的基于O-Block思想做出的螺纹管内部通道齿形为三角齿的体网格；

图7为本发明一具体实施例所涉及的基于O-Block思想对螺纹管内部通道齿形为梯形齿的二维流通截面进行网格划分的流程图；

图8为本发明一具体实施例所涉及的基于O-Block思想做出的螺纹管内部通道齿形为梯形齿的体网格；

图9为本发明一具体实施例所涉及的梯形齿内螺纹管网格导入fluent软件计算后的速度云图；

图10为本发明一具体实施例所涉及的梯形齿内螺纹管网格导入fluent软件计算后的湍流强度云图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的具体内容做进一步详细解释说明。

参照图1，本实施例涉及一种螺纹管内部通道有限元分析的结构化网格划分方法，基于ICEM CFD软件来实现，包括以下步骤：

步骤1：判断螺纹管内部通道的螺纹齿齿型，确定螺纹齿的数量N；

若螺纹齿齿型为三角齿，且N≤12，则采用基于Y-Block的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分；

若螺纹齿齿型为三角齿，且N＞12，则采用基于O-Block的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分；

若螺纹齿齿型为梯形齿或M型齿，则采用基于多重切块的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分；

步骤2：生成二维流通截面网格；

步骤3：将二维流通截面网格进行旋转拉伸，生成与螺纹管内部通道等比例大小的体网格；

步骤4：检查体网格质量，若体网格质量大于等于0.5则满足要求，得到完整的螺纹管内部通道六面体结构化网格；否则，若步骤1采用基于Y-Block的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分，则重新采用步骤1中基于O-Block的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分，并重复步骤2到步骤4；

若步骤1采用基于O-Block的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分，则重新控制二维流通截面几何所对应的节点数量以及O-Block所对应的节点位置，继续按步骤1采用基于O-Block的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分，并重复步骤2到步骤4；

若步骤1采用基于多重切块的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分，则重新控制二维流通截面几何所对应的节点数量以及节点所对应的位置，继续按步骤1采用基于多重切块的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分，并重复步骤2到步骤4。。

为了进一步详细说明本发明所涉及的方法，以下结合附图及ICEM CFD软件对本发明的具体内容进行详细的解释说明。

实施例1

参照图2，当螺纹齿齿型为三角齿，且N＝12时，具体采用如下步骤对螺纹管的二维流通截面进行网格划分：

步骤1.1.1：建立二维流通截面的周期单元拓扑结构，包括将螺纹管内部圆结构进行12等分的扇形结构与代表齿形的四边形结构，扇形结构对应圆心角为30度；

步骤1.1.2：于ICEM CFD软件中将扇形结构与四边形结构分别划分为三角形块与四边形块；

步骤1.1.3：对三角形块进行Y-Block划分；

步骤1.1.4：进行点关联与线关联，并设置相应的节点数生成二维周期单元网格；

步骤1.1.5：将二维周期单元网格转化为非结构化类型网格；

步骤1.1.6：利用ICEM CFD软件中的Geometry→Transform Geometry→RotateGeometry功能对二维周期单元结构进行旋转复制，复制个数为11个，旋转角度为30度，此步骤为后续体网格拉伸过程中侧面网格的命名(Wall)提供技术支撑；

步骤1.1.7：利用ICEM CFD软件中的Edit Mesh→Transform Mesh→Rotate Mesh功能对二维周期单元网格进行旋转复制，复制个数为11个，旋转角度为30度，旋转过程中勾选Merge nodes选项；

步骤1.1.8：检查不同周期单元网格的节点是否对应，如果出现节点不对应的情况，则利用ICEM CFD软件中的Edit Mesh→Merge Nodes→Merge Interactive功能进行节点调整直至对应，得到二维流通截面网格。

实施例2

参照图3，当螺纹齿齿型为三角齿，且N＝20时，具体采用如下步骤对螺纹管的二维流通截面进行网格划分：

步骤1.2.1：建立二维流通截面的部分周期单元拓扑结构，对应圆心角为18度，包括将螺纹管内部圆结构的外围圆环结构进行N等分的四边形结构和代表齿形的四边形结构；

步骤1.2.2：于ICEM CFD软件中将两个四边形结构均划分为四边形块；

步骤1.2.3：进行点关联与线关联，并设置相应的节点数生成二维周期单元网格；

步骤1.2.4：将二维周期单元网格转化为非结构化类型网格；

步骤1.2.5：利用ICEM CFD软件中的Geometry→Transform Geometry→RotateGeometry功能对二维周期单元结构进行旋转复制，复制个数为19个，旋转角度为18度，旋转角度此步骤为后续体网格拉伸过程中侧面网格的命名(Wall)提供技术支撑；

步骤1.2.6：利用ICEM CFD软件中的Edit Mesh→Transform Mesh→Rotate Mesh功能对二维周期单元网格进行旋转复制，复制个数为19个，旋转角度为18度，旋转过程中勾选Merge nodes选项；

步骤1.2.7：检查不同二维周期单元网格的节点是否对应，如果出现节点不对应的情况，则利用ICEM CFD软件中的Edit Mesh→Merge Nodes→Merge Interactive功能进行节点调整直至对应，形成二维流通截面的外环面网格；

步骤1.2.8：利用ICEM CFD软件中Geometry→Repair Geometry对整个二维结构进行结构拓扑，此步骤是为了形成二维流通截面上未划分网格部分的内围圆结构；

步骤1.2.9：对内围圆结构进行O-Block分块；

步骤1.2.10：对O-Block分块进行点关联与线关联，然后设置与外环面网格相对应的网格节点，生成二维流通截面的内围圆网格；

步骤1.2.11：将二维流通截面中的内围圆网格转化为非结构类型网格，转化过程中，选择与外环面网格进行Merge；

步骤1.2.12：检查外环面网格与内围圆网格的节点是否对应，如果出现节点不对应的情况，则利用ICEM CFD软件中的Edit Mesh→Merge Nodes→Merge Interactive功能进行节点调整直至对应，至此二维流通截面网格生成。

实施例3

参照图7，当螺纹齿齿型为梯形齿，且N＝40时，具体采用如下步骤对螺纹管的二维流通截面进行网格划分：

步骤1.3.1：建立二维流通截面的部分周期单元拓扑结构，其中包括代表螺纹管内部圆通道的圆和代表齿形的四边形结构；

步骤1.3.2：于ICEM CFD软件中通过切块、对内部圆结构进行O-Block分块与删除多余块，并进行点关联与线关联；

步骤1.3.3：利用ICEM CFD软件中的Geometry→Transform Geometry→RotateGeometry功能对二维四边形周期单元结构进行旋转复制，复制个数为39个，旋转角度为9度；

步骤1.3.4：调整O-block的四个节点至合适位置；

步骤1.3.5：将O型块对应外围几何节点切分并关联所有节点；

步骤1.3.6：设置节点数，生成二维面网格并将其转化成非结构化类型网格；

步骤1.3.7：利用ICEM CFD软件中的Edit Mesh→Transform Mesh→Rotate Mesh功能对二维四边形单元网格进行旋转复制，复制个数为39个，旋转角度为9度，旋转过程中勾选Merge nodes选项；

步骤1.3.8：检查网格节点是否对应，如果出现节点不对应的情况，则利用ICEMCFD软件中的Edit Mesh→Merge Nodes→Merge Interactive功能进行节点调整直至对应，至此二维流通截面网格生成。

实施例4

参照图4，本实施例分别将实施例1与实施例2所得到的二维流通截面网格进行旋转拉伸，生成与螺纹管内部通道等比例大小的体网格。具体包括如下步骤：

步骤3.1：通过二维流通截面中心并沿管道轴心建立一条直线段，直线段的长度为L＝100mm；

步骤3.2：根据计算需求，确定需要拉伸网格的层数为P＝36，则每一层网格所对应的拉伸距离为L/P＝100/36mm；

步骤3.3：为方便计算，设定螺纹齿的螺距H为100mm；

步骤3.4：确定每一层拉伸网格所旋转的角度α＝10度；

步骤3.5：利用ICEM CFD软件中Extrude Mesh→Extrude along curve功能对二维流通截面网格进行旋转拉伸，形成体网格，旋转拉伸过程中产生的侧面网格为Wall，端面网格为Outlet，体网格为Fluid；

如图5所示齿数为12的螺纹管采用Y-Block思想划分完成的体网格，其网格最小质量为0.5；如图6所示齿数为20的螺纹管采用O-Block思想划分完成的体网格，其网格最小质量为0.6。由此可以看出，Y-Block方法简便，但是网格质量较差，尤其是齿数较多的情况，二维周期单元所对应的圆心角随着齿数的增多而越来越小，其近圆心处的网格质量就越差，因此Y-Block只适用于齿数较少的情况。由于O-Block思想普适性较高，对于不同齿数的螺纹管都可以生成质量较高的网格。因此若采用Y-Block思想划分的网格质量较差，应转换采用O-Block思想进行网格划分。

实施例5

本实施例将实施例3所得到的二维流通截面网格进行旋转拉伸，生成与螺纹管内部通道等比例大小的体网格。具体包括如下步骤：

步骤3.1：通过二维流通截面中心并沿管道轴心建立一条直线段，直线段的长度为L＝500mm；

步骤3.2：根据计算需求，确定需要拉伸网格的层数为P＝500，则每一层网格所对应的拉伸距离为L/P＝500/500＝1mm；

步骤3.3：为方便计算，设定螺纹齿的螺距H为26.5mm；

步骤3.4：确定每一层拉伸网格所旋转的角度为13.6度；

步骤3.5：利用ICEM CFD软件中Extrude Mesh→Extrude along curve功能对二维流通截面网格进行旋转拉伸，形成体网格，旋转拉伸过程中产生的侧面网格为Wall，端面网格为Outlet，体网格为Fluid；

如图8所示为齿数为40且螺纹齿型为梯型齿的螺纹管采用多重切块思想划分完成的体网格，其网格最小质量为0.5。

本发明无论采用何种方法划分网格，最后都应该检查网格质量，保证网格质量在0.5以上，这样模拟计算的结果才能更真实地刻画物理规律。如果网格质量低于0.5，则应该进行模型修正。具体方法为重新控制二维流通截面几何所对应的节点数量以及调整节点位置，形成质量较好的二维流通截面网格，而后再对旋转拉伸过程中的螺旋参数进行调整加密，最后形成高质量网格，最终达到0.5以上。图9和图10分别为一管径为4.6mm的梯形齿内螺纹管网格导入fluent软件计算后的速度云图和湍流强度云图。该结构化网格可以成功导入fluent软件计算，且其模拟结果展示了气相速度在轴心处更大，湍流强度在内螺纹齿顶附近更大的现象，该结果与单管制冷剂流动沸腾实际的物理规律相吻合，可用于后续更深层次的数值模拟计算分析。

以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种螺纹管内部通道有限元分析的结构化网格划分方法，基于ICEM CFD软件来实现，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：判断螺纹管内部通道的螺纹齿齿型，确定螺纹齿的数量N；

若螺纹齿齿型为三角齿，且N≤12，则采用基于Y-Block的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分；

若螺纹齿齿型为三角齿，且N＞12，则采用基于O-Block的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分；

若螺纹齿齿型为梯形齿或M型齿，则采用基于多重切块的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分；

步骤2：生成二维流通截面网格；

步骤3：将二维流通截面网格进行旋转拉伸，生成与螺纹管内部通道等比例大小的体网格；

步骤4：检查体网格质量，若体网格质量大于等于0.5则满足要求，得到完整的螺纹管内部通道六面体结构化网格；

否则，若步骤1采用基于Y-Block的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分，则重新采用步骤1中基于O-Block的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分，并重复步骤2到步骤4；

若步骤1采用基于O-Block的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分，则重新控制二维流通截面几何所对应的节点数量以及O-Block所对应的节点位置，继续按步骤1采用基于O-Block的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分，并重复步骤2到步骤4；

若步骤1采用基于多重切块的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分，则重新控制二维流通截面几何所对应的节点数量以及节点所对应的位置，继续按步骤1采用基于多重切块的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分，并重复步骤2到步骤4。

2.如权利要求1所述的螺纹管内部通道有限元分析的结构化网格划分方法，其特征在于，所述步骤1中采用基于Y-Block的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分，具体包括如下步骤：

步骤1.1.1：建立二维流通截面的周期单元拓扑结构，包括将螺纹管内部圆结构进行N等分的扇形结构与代表齿形的四边形结构；

步骤1.1.2：将扇形结构与四边形结构分别划分为三角形块与四边形块；

步骤1.1.3：对三角形块进行Y-Block划分；

步骤1.1.4：进行点关联与线关联，并设置相应的节点数生成二维周期单元网格；

步骤1.1.5：将二维周期单元网格转化为非结构化类型网格；

步骤1.1.6：对二维周期单元结构进行旋转复制，复制个数为N-1个，旋转角度为360/N度，并进行几何拓扑；

步骤1.1.7：对二维周期单元网格进行旋转复制，复制个数为N-1个，旋转角度为360/N度；

步骤1.1.8：检查不同周期单元网格的节点是否对应，如果出现节点不对应的情况，则对节点进行调整直至对应，得到二维流通截面网格。

3.如权利要求1所述的螺纹管内部通道有限元分析的结构化网格划分方法，其特征在于，所述步骤1中采用基于O-Block的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分，具体包括如下步骤：

步骤1.2.1：建立二维流通截面的部分周期单元拓扑结构，包括将螺纹管内部圆结构的外围圆环结构进行N等分的四边形结构和代表齿形的四边形结构；

步骤1.2.2：将两个四边形结构均划分为四边形块；

步骤1.2.3：进行点关联与线关联，并设置一定的节点数生成二维周期单元网格；

步骤1.2.4：将二维周期单元网格转化为非结构化类型网格；

步骤1.2.5：对二维周期单元结构进行旋转复制，复制个数为N-1个，旋转角度为360/N度；

步骤1.2.6：对二维周期单元网格进行旋转复制，复制个数为N-1个，旋转角度为360/N度；

步骤1.2.7：检查不同二维周期单元网格的节点是否对应，如果出现节点不对应的情况，则进行节点调整直至对应，形成二维流通截面的外环面网格；

步骤1.2.8：对整个二维结构进行结构拓扑，形成二维流通截面上未划分网格部分的内围圆结构；

步骤1.2.9：对内围圆结构进行O-Block分块；

步骤1.2.10：对O-Block分块进行点关联与线关联，然后设置与外环面网格相对应的网格节点，生成二维流通截面的内围圆网格；

步骤1.2.11：将二维流通截面中的内围圆网格转化为非结构类型网格，

步骤1.2.12：检查外环面网格与内围圆网格的节点是否对应，如果出现节点不对应的情况，则进行节点调整直至对应，至此二维流通截面网格生成。

4.如权利要求1所述的螺纹管内部通道有限元分析的结构化网格划分方法，其特征在于，所述步骤1中采用基于多重切块的思想对螺纹管的二维流通截面进行网格划分，具体包括如下步骤：

步骤1.3.1：建立二维流通截面的部分周期单元拓扑结构，其中包括代表螺纹管内部圆通道的圆和代表齿形的四边形结构；

步骤1.3.2：对内部圆结构进行O-Block分块，同时进行点关联与线关联；

步骤1.3.3：对二维四边形周期单元结构进行旋转复制，复制个数为N-1个，旋转角度为360/N度；

步骤1.3.4：调整O-block的四个节点至合适位置；

步骤1.3.5：将O型块对应外围几何节点切分并关联所有节点；

步骤1.3.6：设置节点数，生成二维面网格并将其转化成非结构化类型网格；

步骤1.3.7：对二维四边形单元网格进行旋转复制，复制个数为N-1个，旋转角度为360/N度；

步骤1.3.8：检查网格节点是否对应，如果出现节点不对应的情况，则进行节点调整直至对应，至此二维流通截面网格生成。

5.如权利要求1所述的螺纹管内部通道有限元分析的结构化网格划分方法，其特征在于，所述步骤3具体包括如下步骤：

步骤3.1：通过二维流通截面中心并沿管道轴心建立一条直线段，直线段的长度为L；

步骤3.2：确定需要拉伸网格的层数P，并计算每一层网格所对应的拉伸距离L/P；

步骤3.3：计算螺纹管内部通道的螺距H，计算公式如下：

式中：β为螺旋角；D为螺纹管内部通道中齿顶圆的直径；

步骤3.4：确定每一层拉伸网格所扭转的角度α，具体计算公式如下：

步骤3.5：根据螺距H、拉伸网格的层数P和每一层拉伸网格所扭转的角度α对二维流通截面网格进行旋转拉伸，形成体网格。

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