Fluent實例：Profile定義運(yùn)動

本次實例采用的場景來自于流體中高速飛行的物體。如子彈、火箭、導(dǎo)彈等。這里只是為了說明profile在動網(wǎng)格運(yùn)動定義中的應(yīng)用,因此為了計算方便不考慮高速問題。問題描述如下圖所示:

如圖所示,1為運(yùn)動剛體,2為計算域。由于不考慮也沒辦法考慮剛體的變形,因此在構(gòu)建面域的時候,將1中的部分通過布爾運(yùn)算去除。計算域總長度為300mm,其中固體運(yùn)動最大位移為300-40-30-6mm=224mm。

為了防止固體邊界與計算域邊界發(fā)生重疊,我們使運(yùn)動最大距離為200mm。運(yùn)動速度v=0.4t,這樣可能計算運(yùn)動完200mm需要的時間為1s。采取5個時間數(shù)據(jù)點分別為:0,0.25,0.5,0.75,1s,相對應(yīng)的速度為:0,0.1,0.2,0.3,0.4 m/s。

profile文件如下:

((moveVelocity transient 5 0)

(time 0 0.25 0.5 0.75 1)

(v_x 0 0.1 0.2 0.3 0.4)

)

(1)將計算域離散為網(wǎng)格。

由于三角形網(wǎng)格非常適合于2D動網(wǎng)格,因此本例使用三角形網(wǎng)格。若要使用四邊形網(wǎng)格,則需要進(jìn)行滑移面處理。詳細(xì)的說明將留待以后網(wǎng)格更新的時候進(jìn)行。同樣的,也不進(jìn)行邊界層處理。

簡化問題描述,設(shè)定四周為wall壁面,中間區(qū)域為rigid wall,在動網(wǎng)格中進(jìn)行設(shè)定。全局網(wǎng)格尺寸為2mm,運(yùn)動邊界網(wǎng)格尺寸1mm,網(wǎng)格單元總數(shù)19671,節(jié)點總數(shù)9832。

(2)啟動fluent,讀入msh文件

選擇2D求解器,勾選雙精度選項。檢查單位,確保使用的單位為mm。選用瞬態(tài)求解器。general中的其它選項采取默認(rèn)。如下圖所示。

(3)選用標(biāo)準(zhǔn)k-e湍流模型,材料使用水。

設(shè)定cell zone condition將默認(rèn)域介質(zhì)設(shè)定為water。由于本例使用全封閉計算域,所有邊界類型為wall,所以boundary condition采用默認(rèn)設(shè)置。

(4)讀入profile文件

利用file> profile…菜單讀入已準(zhǔn)備好的profile文件。

(5)激活動網(wǎng)格選項

如下圖所示。勾選smoothing、layering、remeshing選項。

各選項的參數(shù)設(shè)置分別如下圖所示。

(6)定義運(yùn)動區(qū)域

定義中間剛體壁面為rigid body,選擇運(yùn)動profile為讀入的profile文件movevelocity,設(shè)置meshing options中的cell height為1mm。該參數(shù)用于網(wǎng)格的分裂與合并。當(dāng)網(wǎng)格高度大于1.4時進(jìn)行分裂,小于0.2時合并。預(yù)覽zone的運(yùn)動與網(wǎng)格運(yùn)動。注意在預(yù)覽網(wǎng)格運(yùn)動之前保存case文件。

(7)定義其它選項

如動畫、節(jié)點物理量監(jiān)測等。

(8)總結(jié)

對于類似本例的純外流場問題,通過都不利用動網(wǎng)格進(jìn)行計算。主要原因在于:(1)網(wǎng)格發(fā)生運(yùn)動后的質(zhì)量不好,通常都會低于原始網(wǎng)格質(zhì)量。(2)動網(wǎng)格計算開銷比較大。因為每次網(wǎng)格運(yùn)動時要計算網(wǎng)格節(jié)點的位置。

要例所示的問題,一般使用相對運(yùn)動的原理:剛體不動,運(yùn)動的是流動介質(zhì)。然而在一些特殊的場合(比如火箭發(fā)射后的整流罩分離等)則必須使用到動網(wǎng)格。