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利用動(dòng)態(tài)嵌套網(wǎng)格進(jìn)行運(yùn)動(dòng)部件仿真

引言

以往在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)部件仿真的時(shí)候，如平移清笨、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)只搁，可采用的方法包括準(zhǔn)定常（MRF）突倍、非定常方法（動(dòng)網(wǎng)格）队伟。MRF方法多用在旋轉(zhuǎn)部件穴吹，如螺旋槳之類(lèi)的仿真中，其利用準(zhǔn)定常的方法來(lái)模擬真實(shí)的非定常運(yùn)動(dòng)嗜侮，計(jì)算量較小港令。動(dòng)網(wǎng)格方法涉及面就更廣，針對(duì)諸多運(yùn)動(dòng)部件的仿真均能夠?qū)崿F(xiàn)锈颗，但是由于完全非定常顷霹，涉及到動(dòng)態(tài)網(wǎng)格更新以及子步長(zhǎng)迭代，計(jì)算量較大击吱。

嵌套網(wǎng)格在之前的帖子中有過(guò)描述泼返，主要介紹了其基本用途、優(yōu)勢(shì)以及生成方式姨拥，詳見(jiàn)。嵌套網(wǎng)格在針對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的仿真中同樣能夠?qū)崿F(xiàn)類(lèi)似動(dòng)網(wǎng)格的非定常效果渠鸽，思路是讓部件網(wǎng)格跟隨運(yùn)動(dòng)物體實(shí)現(xiàn)整體運(yùn)動(dòng)叫乌，這樣能夠避免單純動(dòng)網(wǎng)格的更新可能會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)格質(zhì)量變差甚至負(fù)體積的風(fēng)險(xiǎn)，由于部件網(wǎng)格整體發(fā)生運(yùn)動(dòng)徽缚，因此網(wǎng)格質(zhì)量在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中均保持不變憨奸，但是在部件網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)尋邊及挖洞過(guò)程也會(huì)影響計(jì)算速度及精度。這里介紹一些利用Fluent中的動(dòng)態(tài)嵌套網(wǎng)格進(jìn)行運(yùn)動(dòng)部件仿真的步驟凿试。

思路：

構(gòu)建好用于模擬的嵌套網(wǎng)格系統(tǒng)排宰；

將運(yùn)動(dòng)控制程序加載在運(yùn)動(dòng)部件及部件網(wǎng)格上；

按照非定常的步驟進(jìn)行計(jì)算那婉；

下面以一個(gè)簡(jiǎn)單的圓柱振蕩問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明板甘。

準(zhǔn)備好嵌套網(wǎng)格

已建立好了一套嵌套網(wǎng)格，圓柱直徑為D详炬，內(nèi)流場(chǎng)邊長(zhǎng)為5D的正方形盐类，外流場(chǎng)在內(nèi)流場(chǎng)所在的位置進(jìn)行了加密，特別注意，盡量保證交界位置的網(wǎng)格尺寸相近在跳，避免orphan孤立網(wǎng)格單元的存在枪萄，以減小插值誤差。

內(nèi)邊界尺寸我建議大家考慮到后處理流場(chǎng)的需要猫妙，避免過(guò)小的尺寸瓷翻，比如要做個(gè)流場(chǎng)云圖，邊界附近的肯定不可取割坠，只能往小范圍去取齐帚。

這是背景網(wǎng)格

運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及控制程序

這里我們?cè)O(shè)置這個(gè)圓柱做上下的平移運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)幅度為D/2韭脊，運(yùn)動(dòng)規(guī)律如下;

運(yùn)動(dòng)規(guī)律

其中童谒，頻率f=5Hz，t為時(shí)間

下面復(fù)習(xí)一下動(dòng)網(wǎng)格模型中的UDF：這里給出一個(gè)例子沪羔，用來(lái)說(shuō)明平移旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)程序饥伊，

一個(gè)UDF例子

這里我們要使用的UDF：

本文采用的UDF

1、Fluent中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)設(shè)置

首先導(dǎo)入網(wǎng)格蔫饰，進(jìn)行基本的狀態(tài)設(shè)置琅豆，包括湍流模型，邊界條件等篓吁，這里注意茫因，邊界條件中的內(nèi)流場(chǎng)邊界要改為“overset”類(lèi)型，之后杖剪，在下面的overset interface中對(duì)內(nèi)外流場(chǎng)進(jìn)行配對(duì)冻押、

邊界條件更改

overset區(qū)域配對(duì)

2、Fluent中的動(dòng)區(qū)域設(shè)置

激活Dynamic mesh模塊盛嘿，網(wǎng)格光順?lè)椒爸貥?gòu)這里面都沒(méi)有使用洛巢，不用勾選，另外勾選了也沒(méi)什么用次兆，應(yīng)為我們這里面要實(shí)現(xiàn)內(nèi)流場(chǎng)網(wǎng)格和里面的圓柱一起做剛性運(yùn)動(dòng)稿茉。除非在一些做小幅變形的運(yùn)動(dòng)里面，內(nèi)流場(chǎng)不動(dòng)芥炭，和單純的動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置一致的話(huà)漓库，smoothing光順?lè)椒ㄊ强梢允褂玫摹?/p>

動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置

動(dòng)區(qū)域設(shè)置：

這里的動(dòng)區(qū)域包括兩個(gè)部分。一個(gè)是圓柱（cyl）园蝠，一個(gè)是內(nèi)流場(chǎng)（inner_fluid）渺蒿。因此我們這樣來(lái)設(shè)置

動(dòng)區(qū)域設(shè)置1

動(dòng)區(qū)域設(shè)置2

好了，到此結(jié)束砰琢。注意蘸嘶，內(nèi)流場(chǎng)邊界盡量不要設(shè)置為動(dòng)邊界良瞧，因?yàn)榍短拙W(wǎng)格在內(nèi)流場(chǎng)邊界處存在動(dòng)態(tài)挖洞的過(guò)程，如果把內(nèi)流場(chǎng)邊界設(shè)置為動(dòng)邊界训唱，可能會(huì)導(dǎo)致負(fù)體積報(bào)錯(cuò)褥蚯。

其他的設(shè)置和正常進(jìn)行非定常的設(shè)置相同，這里不贅述了况增。