Fluent動(dòng)網(wǎng)格的應(yīng)用過程

1、Fluent動(dòng)網(wǎng)格的應(yīng)用過程一、簡介動(dòng)網(wǎng)格模型可以用來模擬流場形狀由于邊界運(yùn)動(dòng)而隨時(shí)間改變 的問題。網(wǎng)格的更新過程由FLUENT據(jù)每個(gè)迭代步中邊界的變化情況 自動(dòng)完成。FLUENT求將運(yùn)動(dòng)的描述定義在網(wǎng)格面或網(wǎng)格區(qū)域上。如果流場中包含運(yùn)動(dòng)與不運(yùn)動(dòng)兩種區(qū)域，則需要將它們組合在初始網(wǎng)格 中以對它們進(jìn)行識別。二、動(dòng)網(wǎng)格更新方法動(dòng)網(wǎng)格計(jì)算中網(wǎng)格的動(dòng)態(tài)變化過程可以用三種模型進(jìn)行計(jì)算，即彈簧近似光滑模型、動(dòng)態(tài)分層模型和局部重劃模型。1、彈簧近似光滑模型在彈簧近似光滑模型中，網(wǎng)格的邊被理想化為節(jié)點(diǎn)間相互連接的 彈簧。移動(dòng)前的網(wǎng)格間距相當(dāng)于邊界移動(dòng)前由彈簧組成的系統(tǒng)處于平 衡狀態(tài)。在網(wǎng)格邊界節(jié)點(diǎn)發(fā)生位移后，會

2、產(chǎn)生與位移成比例的力，力 量的大小根據(jù)胡克定律計(jì)算。邊界節(jié)點(diǎn)位移形成的力雖然破壞了彈簧 系統(tǒng)原有的平衡，但是在外力作用下，彈簧系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)整將達(dá)到新的 平衡，也就是說由彈簧連接在一起的節(jié)點(diǎn)， 將在新的位置上重新獲得 力的平衡。從網(wǎng)格劃分的角度說，從邊界節(jié)點(diǎn)的位移出發(fā)，采用虎克 定律，經(jīng)過迭代計(jì)算，最終可以得到使各節(jié)點(diǎn)上的合力等于零的、新 的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)位置，這就是彈簧光順法的核心思想。2、動(dòng)態(tài)分層模型對于棱柱型網(wǎng)格區(qū)域（六面體和或者楔形），可以應(yīng)用動(dòng)態(tài)層模 型。動(dòng)態(tài)層模型的中心思想是根據(jù)緊鄰運(yùn)動(dòng)邊界網(wǎng)格層高度的變化， 添加或者減少動(dòng)態(tài)層，即在邊界發(fā)生運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果緊鄰邊界的網(wǎng)格層 高度增大到一定程度，

3、就將其劃分為兩個(gè)網(wǎng)格層；如果網(wǎng)格層高度降 低到一定程度，就將緊鄰邊界的兩個(gè)網(wǎng)格層合并為一個(gè)層。3、局部重劃模型在使用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的區(qū)域上一般采用彈簧光順模型進(jìn)行動(dòng)網(wǎng)格劃分，但是如果運(yùn)動(dòng)邊界的位移遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于網(wǎng)格尺寸，則采用彈簧光順模型可能導(dǎo)致網(wǎng)格質(zhì)量下降，甚至出現(xiàn)體積為負(fù)值的網(wǎng)格，或因網(wǎng)格 畸變過大導(dǎo)致計(jì)算不收斂。為了解決這個(gè)問題，F(xiàn)LUEN毯計(jì)算過程中將畸變率過大，或尺寸變化過于劇烈的網(wǎng)格集中在一起進(jìn)行局部網(wǎng) 格的重新劃分，如果重新劃分后的網(wǎng)格可以滿足畸變率要求和尺寸要 求，則用新的網(wǎng)格代替原來的網(wǎng)格，如果新的網(wǎng)格仍然無法滿足要求， 則放棄重新劃分的結(jié)果。三、動(dòng)網(wǎng)格問題的建立設(shè)置動(dòng)網(wǎng)格問題的步驟如

4、下：(1)在Solver (求解器)面板中選擇非定常流(unsteady )計(jì) 算。(2)設(shè)定邊界條件，即設(shè)定壁面運(yùn)動(dòng)速度。(3)激活動(dòng)網(wǎng)格模型，并設(shè)定相應(yīng)參數(shù)，菜單操作如下：Define - Dynamic Mesh - Parameters.(4)指定移動(dòng)網(wǎng)格區(qū)域的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，菜單操作如下：Define - Dynamic Mesh - Zones.(5)保存算例文件和數(shù)據(jù)文件。(6)預(yù)覽動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置，菜單操作為：Solve - Mesh Motion.(7)在計(jì)算活塞問題時(shí)，設(shè)定活塞計(jì)算中的事件：Define - Dynamic Mesh - Events.并可以通過顯示閥與活塞的運(yùn)動(dòng)，檢查

5、上述設(shè)置是否正確：Display - IC Zone Motion.(8)應(yīng)用自動(dòng)保存功能保存計(jì)算結(jié)果。File - Write - Autosave.在動(dòng)網(wǎng)格計(jì)算中，因?yàn)槊總€(gè)計(jì)算步中網(wǎng)格信息都會改變，而網(wǎng)格信息是儲存在算例文件中的，所以必須同時(shí)保存算例文件和數(shù)據(jù)文 件。(9)如果想建立網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫過程，可以在 Solution Animation (計(jì)算結(jié)果動(dòng)畫)面板中進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。四、設(shè)定動(dòng)網(wǎng)格參數(shù)為了使用動(dòng)網(wǎng)格模型，需要在dynamic mesh (動(dòng)網(wǎng)格)面板中激 活Dynamic Mesh (動(dòng)網(wǎng)格)選項(xiàng)。如果計(jì)算的是活塞運(yùn)動(dòng)，則同時(shí)激 活I(lǐng)n-Cylinder (活塞)選項(xiàng)。然后

6、選擇動(dòng)網(wǎng)格模型，并設(shè)置相關(guān)參 數(shù)。1)選擇網(wǎng)格更新模型動(dòng)態(tài)層模型和或局部重在網(wǎng)格劃分方法下面選擇彈簧光順模型， 劃模型2）設(shè)置彈簧光順參數(shù)激活彈簧光順模型，相關(guān)參數(shù)設(shè)置位于光順標(biāo)簽下，可以設(shè)置的 參數(shù)包括彈簧彈性系數(shù)、邊界點(diǎn)松弛因子、收斂判據(jù)和迭代次數(shù)。彈簧彈性系數(shù)應(yīng)該在0至M之間變化，彈性系數(shù)等于0時(shí)，彈簧 系統(tǒng)沒有耗散過程，靠近壁面的網(wǎng)格沒有被改變，而是保持了原來的 網(wǎng)格形狀和密度；在彈性系數(shù)等于1時(shí)，彈簧系統(tǒng)的耗散過程與缺省 設(shè)置相同，在實(shí)際計(jì)算中應(yīng)該在0至M之間選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)闹?。邊?點(diǎn)松弛因子用于控制動(dòng)邊界上網(wǎng)格點(diǎn)的移動(dòng)。 當(dāng)這個(gè)值為零時(shí)，邊界 節(jié)點(diǎn)不發(fā)生移動(dòng)；在這個(gè)值為1時(shí)，則邊界

7、節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)計(jì)算中不采用 松弛格式。在大多數(shù)情況下，這個(gè)值應(yīng)該取為 0到1之間的一個(gè)值， 以保證邊界節(jié)點(diǎn)以合適的移動(dòng)量發(fā)生移動(dòng)。3）動(dòng)態(tài)層在動(dòng)態(tài)層標(biāo)簽下，可以設(shè)置與動(dòng)態(tài)層模型相關(guān)的參數(shù)。 通過設(shè)定 常值高度與常值比例可以確定分解網(wǎng)格的兩種方法。4）局部重新劃分網(wǎng)格在重劃網(wǎng)格標(biāo)簽下，設(shè)置與局部重劃模型相關(guān)的參數(shù)。 可以設(shè)置 的參數(shù)包括最大畸變率、最大網(wǎng)格體積和最大網(wǎng)格體積，其含義如前 所述，主要用于確定哪些網(wǎng)格需要被重新劃分。在缺省設(shè)置中，如果 重新劃分的網(wǎng)格優(yōu)于原網(wǎng)格，則用新網(wǎng)格代替舊網(wǎng)格；否則，將保持 原網(wǎng)格劃分不變。5）設(shè)定活塞運(yùn)動(dòng)參數(shù)如果在計(jì)算中選擇使用活塞模型， 需要指定曲柄速度、曲柄起

8、始速度、曲柄周期以及曲柄角度時(shí)間步長五、定義動(dòng)網(wǎng)格的運(yùn)動(dòng)方式在計(jì)算動(dòng)網(wǎng)格問題時(shí)，必須定義動(dòng)網(wǎng)格區(qū)的運(yùn)動(dòng)方式。在動(dòng)網(wǎng)格 區(qū)為剛體運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以用型函數(shù)和UDF來定義其運(yùn)動(dòng)；在動(dòng)網(wǎng)格區(qū)為 變形區(qū)域時(shí)，則需要定義其幾何特征及局部網(wǎng)格重劃參數(shù)； 如果動(dòng)網(wǎng) 格區(qū)既做剛體運(yùn)動(dòng)又有變形發(fā)生，則只能用UDF來定義其幾何形狀的 變化和運(yùn)動(dòng)過程。對于新加入的區(qū)域，需要先從區(qū)域名稱下選擇相關(guān)區(qū)域， 然后在 類型下選擇其運(yùn)動(dòng)類型?？晒┻x擇的運(yùn)動(dòng)類型包括靜止、剛體運(yùn)動(dòng)、 變形和用戶自定義四種。1)靜止區(qū)域設(shè)置如果被指定區(qū)域?yàn)殪o止區(qū)域，則首先在區(qū)域名稱下選擇這個(gè)區(qū) 域，然在類型下選擇靜止，再指定相鄰區(qū)域的網(wǎng)格高度用于網(wǎng)格重

9、新 劃分，最后點(diǎn)擊創(chuàng)建按鈕完成設(shè)置。2)剛體運(yùn)動(dòng)區(qū)域設(shè)置如果被指定區(qū)域?yàn)閯傮w運(yùn)動(dòng)區(qū)域，則其設(shè)置過程如下：(1)在區(qū)域名稱下選擇這個(gè)區(qū)域的名稱，然后在類型下選擇剛 體。(2)在運(yùn)動(dòng)屬性標(biāo)簽下的用UD成型函數(shù)定義運(yùn)動(dòng)中確定究竟用 型函數(shù)，還是UDF來做運(yùn)動(dòng)定義。(3)在重心位置中定義剛體重心的初始位置。(4)在重心方向中定義重力在慣性系中的方向。(5)如果計(jì)算中包含活塞計(jì)算，則需要在閥門或活塞軸中指定 閥門或活塞的參考軸。如果在所定義的網(wǎng)格區(qū)域中，某種形狀的網(wǎng)格 單元需要被排除在上述設(shè)置之外，則可以在運(yùn)動(dòng)屏蔽中選擇這些單元 形狀。3)變形運(yùn)動(dòng)變形區(qū)域的設(shè)置過程為：(1)在區(qū)域名稱中選擇區(qū)域，并在類

10、型下選擇變形。(2)在幾何定義下定義變形區(qū)的幾何特征，共有 4個(gè)選項(xiàng)：如 果沒有合適的幾何形狀，就在中選擇none;如果變形區(qū)為平面，則選 擇平面并在平面上的點(diǎn)中定義平面上一點(diǎn)， 同時(shí)在平面法向中定義法 線方向；如果變形區(qū)為圓柱面，則選擇圓柱，并同時(shí)定義圓柱半徑、 圓柱原點(diǎn)和圓柱軸；如果變形區(qū)幾何形狀需要用UDF來定義，則在定 義中選擇用戶定義，并在幾何UD用選擇適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)。(3)在重劃選項(xiàng)標(biāo)簽下定義與網(wǎng)格局部重劃相關(guān)的參數(shù)。重劃 方法在網(wǎng)格劃分方法中選擇，其中包括彈簧光順模型、動(dòng)態(tài)層模型和 網(wǎng)格重劃模型。(4)點(diǎn)擊創(chuàng)建按鈕完成設(shè)置。六、預(yù)覽動(dòng)網(wǎng)格在設(shè)置好動(dòng)網(wǎng)格模型及動(dòng)網(wǎng)格區(qū)的運(yùn)動(dòng)方式后， 可

11、以通過預(yù)覽的 方式檢查設(shè)置效果。預(yù)覽功能在網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)面板中進(jìn)行設(shè)置， 啟動(dòng)這個(gè) 面板的菜單操作為：Solve - Mesh Motion預(yù)覽操作步驟如下：(1)在參數(shù)設(shè)置完畢后，首先保存算例case文件。因?yàn)榕c網(wǎng)格 設(shè)置有關(guān)的記錄都保存在算例文件中，在預(yù)覽過程中伴隨著網(wǎng)格的更 新，與網(wǎng)格有關(guān)的記錄也不斷被刷新，如果不進(jìn)行保存，則無法恢復(fù) 原始設(shè)置狀態(tài)，在發(fā)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置問題后就無法進(jìn)行更改了。(2)設(shè)置迭代時(shí)間步數(shù)和時(shí)間步長。在計(jì)算過程中，當(dāng)前時(shí)間 將被顯示在當(dāng)前網(wǎng)格時(shí)間欄中。如果在計(jì)算中選用了活塞模型選項(xiàng)， 則時(shí)間步長用曲柄速度和曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)步長計(jì)算得出。(3)為了在圖形窗口中預(yù)覽網(wǎng)格變化過程，需要激活顯示選項(xiàng) 下的顯示網(wǎng)格，并在顯示頻率中設(shè)置顯示頻率，即每分鐘顯示圖幅數(shù) 量。如果要保存