Fluent 6DOF計(jì)算實(shí)例詳解

2016-08-19 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

對于被動(dòng)型動(dòng)網(wǎng)格計(jì)算問題,可以采用6DOF動(dòng)網(wǎng)格模型解決。利用該模型時(shí),需要確定計(jì)算模型中運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量、三方向轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及慣性矩、重心坐標(biāo)。因此在幾何模型創(chuàng)建過程中,盡量使這些值容易獲取(比如將重心位置放置在坐標(biāo)原點(diǎn)),當(dāng)然這不是必須的,在CAD建模軟件中都包含了這些物理量的查詢。

圖 1 旋轉(zhuǎn)體幾何

如圖1所示的幾何體,在受到圖中流動(dòng)方向的流體作用下,若軸向旋轉(zhuǎn)自由度未被約束,則會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)位移。本次實(shí)例幾何如圖1所示。

在建立流體計(jì)算域之前,需要利用CAD軟件獲取幾何的特征物理量,我們這里使用Solidworks實(shí)現(xiàn)此功能。

1、獲取幾何屬性

利用solidworks載入幾何體,進(jìn)入【評估】>【質(zhì)量屬性】,選擇幾何體進(jìn)行計(jì)算,如圖2所示。

圖 2 質(zhì)量屬性

在計(jì)算幾何質(zhì)量屬性對話框中,可以點(diǎn)擊【選項(xiàng)】按鈕,設(shè)置材料參數(shù),如圖3所示。

圖 3 幾何參數(shù)

從圖2可以看出,該幾何體的重心(0,0,25.19),Z方向慣性矩IZZ=324047.793g*mm^2,由于我們的幾何體約束了X,Y,Z三方向移動(dòng)自由度,X,Y方向的旋轉(zhuǎn)自由度,因此只需要Z方向的慣性矩。需要注意的是,這里的單位是mm,而UDF中必須全部為國際單位制,需要做單位轉(zhuǎn)換。

2、計(jì)算域模型

在workbench中的DM中創(chuàng)建計(jì)算域模型。主要是利用DM中方便的布爾運(yùn)算功能。建立的計(jì)算域如圖4所示。

圖 4 計(jì)算域模型

為計(jì)算域邊界命名,分別命名內(nèi)部區(qū)域面、入口面、出口面、圓柱面邊界為:WallRotation、VelocityInlet、Outlet、wallCylinder。

計(jì)算域建立完畢后即進(jìn)行網(wǎng)格的劃分,這里不詳細(xì)描述。

3、UDF宏的編寫

利用文本編輯器編寫UDF宏文件。如下:

#include "udf.h"

DEFINE_SDOF_PROPERTIES(rotate,prop,dt,time,dtime)

{

prop[SDOF_MASS] = 845.154E-3;

prop[SDOF_IXX]= 336179E-9;

prop[SDOF_IYY] = 336179E-9;

prop[SDOF_IZZ]= 324047.793E-9;

prop[SDOF_ZERO_TRANS_X]=TRUE;

prop[SDOF_ZERO_TRANS_Y]=TRUE;

prop[SDOF_ZERO_TRANS_Z]=TRUE;

prop[SDOF_ZERO_ROT_X]=TRUE;

prop[SDOF_ZERO_ROT_Y]=TRUE;

printf("\nstage: updated 6dof properties");

}

4、進(jìn)入FLUENT中設(shè)置

在FLUENT中主要包括動(dòng)網(wǎng)格參數(shù)的設(shè)置。

其他設(shè)置:瞬態(tài)計(jì)算、標(biāo)準(zhǔn)K-E湍流模型、標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)、工作介質(zhì)為water、入口5m/s,出口靜壓為0。

動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置:

(1)、激活sixDOF

如圖5所示,進(jìn)入Dynamic Mesh面板,激活Dynamic Mesh,勾選Remeshing選項(xiàng)及SixDOF項(xiàng)。

圖 5

(2)、動(dòng)網(wǎng)格參數(shù)設(shè)置

進(jìn)入mesh methods下的settings按鈕,進(jìn)入動(dòng)網(wǎng)格參數(shù)設(shè)置。圖6、圖7分別為smoothing與Remeshing的設(shè)置。

圖6 smoothing面板

圖7 remeshing面板

6DOF中的settings設(shè)置對話框如圖8所示,這里我們不考慮重力影響,設(shè)置三方向重力加速度為0。同時(shí)勾選write motion history項(xiàng),記錄保存運(yùn)動(dòng)中幾何姿態(tài)。

圖 8 6DOF設(shè)置

(3)、編譯加載UDF宏

利用菜單【Define】>【user defined】>【function】>【Complied】編譯宏。

圖 9 編譯及加載宏文件

(4)、設(shè)置動(dòng)網(wǎng)格區(qū)域

動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置面板中,點(diǎn)擊【Create/Edit…】按鈕定義動(dòng)網(wǎng)格區(qū)域。需要設(shè)置的區(qū)域如圖10所示的紅色框選部分。

圖10 運(yùn)動(dòng)區(qū)域設(shè)置

同時(shí)注意設(shè)置meshing Options標(biāo)簽頁下的網(wǎng)格高度。

5、需要注意的問題

3D動(dòng)網(wǎng)格問題,首先要注意的是負(fù)體積問題。前面說過,由于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由受力狀態(tài)控制,在計(jì)算之前是未知的,所有調(diào)整動(dòng)網(wǎng)格參數(shù)比較困難。不過仔細(xì)耐心的修正還是可以解決的。

其次,關(guān)于這類被動(dòng)運(yùn)動(dòng)問題,一些模型較為簡單的幾何體,實(shí)際上是可以化被動(dòng)為主動(dòng),只是計(jì)算壁面受力,運(yùn)動(dòng)狀態(tài)通過受力狀態(tài)用UDF確定。比如此例,我們可以在計(jì)算過程中通過宏計(jì)算出每次迭代加載在重心上的力和力矩,然后通過力學(xué)公式確定幾何體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這樣被動(dòng)運(yùn)動(dòng)問題就變?yōu)槿藶槎x運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的主動(dòng)動(dòng)網(wǎng)格問題。

這次幾何有點(diǎn)復(fù)雜,計(jì)算時(shí)間比較長,不過主要用于演示6DOF模型的定義。下次使用簡單的模型進(jìn)行演示。

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