2020-05-06 转载 利用动态嵌套网格进行运动部件仿真

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利用动态嵌套网格进行运动部件仿真

引言

以往在进行运动部件仿真的时候，如平移、旋转运动，可采用的方法包括准定常（MRF）、非定常方法（动网格）。MRF方法多用在旋转部件，如螺旋桨之类的仿真中，其利用准定常的方法来模拟真实的非定常运动，计算量较小。动网格方法涉及面就更广，针对诸多运动部件的仿真均能够实现，但是由于完全非定常，涉及到动态网格更新以及子步长迭代，计算量较大。

嵌套网格在之前的帖子中有过描述，主要介绍了其基本用途、优势以及生成方式，详见。嵌套网格在针对运动部件的仿真中同样能够实现类似动网格的非定常效果，思路是让部件网格跟随运动物体实现整体运动，这样能够避免单纯动网格的更新可能会导致网格质量变差甚至负体积的风险，由于部件网格整体发生运动，因此网格质量在整个运动过程中均保持不变，但是在部件网格运动过程中的动态寻边及挖洞过程也会影响计算速度及精度。这里介绍一些利用Fluent中的动态嵌套网格进行运动部件仿真的步骤。

思路：

构建好用于模拟的嵌套网格系统；

将运动控制程序加载在运动部件及部件网格上；

按照非定常的步骤进行计算；

下面以一个简单的圆柱振荡问题进行详细说明。

准备好嵌套网格

已建立好了一套嵌套网格，圆柱直径为D，内流场边长为5D的正方形，外流场在内流场所在的位置进行了加密，特别注意，尽量保证交界位置的网格尺寸相近，避免orphan孤立网格单元的存在，以减小插值误差。

内边界尺寸我建议大家考虑到后处理流场的需要，避免过小的尺寸，比如要做个流场云图，边界附近的肯定不可取，只能往小范围去取。

这是背景网格

运动状态及控制程序

这里我们设置这个圆柱做上下的平移运动。振动幅度为D/2，运动规律如下;

运动规律

其中，频率f=5Hz，t为时间

下面复习一下动网格模型中的UDF：这里给出一个例子，用来说明平移旋转运动程序，

一个UDF例子

这里我们要使用的UDF：

本文采用的UDF

1、Fluent中的运动状态设置

首先导入网格，进行基本的状态设置，包括湍流模型，边界条件等，这里注意，边界条件中的内流场边界要改为“overset”类型，之后，在下面的overset interface中对内外流场进行配对、

边界条件更改

overset区域配对

2、Fluent中的动区域设置

激活Dynamic mesh模块，网格光顺方法及重构这里面都没有使用，不用勾选，另外勾选了也没什么用，应为我们这里面要实现内流场网格和里面的圆柱一起做刚性运动。除非在一些做小幅变形的运动里面，内流场不动，和单纯的动网格设置一致的话，smoothing光顺方法是可以使用的。

动网格设置

动区域设置：

这里的动区域包括两个部分。一个是圆柱（cyl），一个是内流场（inner_fluid）。因此我们这样来设置

动区域设置1

动区域设置2

好了，到此结束。注意，内流场边界尽量不要设置为动边界，因为嵌套网格在内流场边界处存在动态挖洞的过程，如果把内流场边界设置为动边界，可能会导致负体积报错。

其他的设置和正常进行非定常的设置相同，这里不赘述了。