詳解FLUENT嵌套網(wǎng)格

2019-04-05 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

在用Fluent的時(shí)候經(jīng)常會(huì)遇到固體在運(yùn)動(dòng)的情況,比如已知運(yùn)動(dòng)過(guò)程的,平移的、旋轉(zhuǎn)的機(jī)械,還有不明運(yùn)動(dòng)的物體,比如自由下落的雨傘、或者導(dǎo)彈。你希望計(jì)算流體和固體相互作用的過(guò)程。這個(gè)時(shí)候老一輩的革命家會(huì)告訴你用動(dòng)網(wǎng)格。如果你不會(huì)的話,可以學(xué)習(xí)一下,感受一下layering、Smoothing、Remeshing三大神功。相信我,過(guò)不了多久你就會(huì)陷入到添加各種dynamic motion中。哪邊能動(dòng)哪邊是靜止的一定不能搞錯(cuò),也不能少加,否則各種負(fù)體積報(bào)錯(cuò)讓你分分鐘懷疑人生。

但是,Ansys有個(gè)比較低調(diào)的overset網(wǎng)格功能,俗稱(chēng)嵌套網(wǎng)格。它克服了動(dòng)網(wǎng)格容易出現(xiàn)負(fù)體積的問(wèn)題,可以處理小間隙的運(yùn)動(dòng),而且設(shè)置更為方便簡(jiǎn)潔。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中保持好的網(wǎng)格質(zhì)量,并且可以在非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格類(lèi)型中嵌套局部高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。那些個(gè)layering、smoothing什么的通通給我奏凱。嵌套網(wǎng)格第一次出現(xiàn)在Ansys17.0中,在Ansys18.0和Ansys19.0中不斷發(fā)展,逐漸和越來(lái)越多的功能兼容。

在嵌套網(wǎng)格中需要分清三個(gè)概念。

一是背景網(wǎng)格:嵌套網(wǎng)格,從名字能看出來(lái)網(wǎng)格是套在一起的,沒(méi)俄羅斯套娃那么復(fù)雜,一般來(lái)說(shuō)就兩層。下圖中方方正正的就是背景網(wǎng)格。

二是部件網(wǎng)格:也叫Component grid。就是橙色的大圓邊界和黑色小圓邊界中間的這些呈放射狀的網(wǎng)格。這個(gè)小的黑色的圓就是即將要移動(dòng)的物體的邊界,也就是我們的部件。所以叫做部件的網(wǎng)格。所以記得,在確定好運(yùn)動(dòng)的固體邊界以后,往外擴(kuò)展一部分畫(huà)好部件網(wǎng)格。需要注意的是,背景網(wǎng)格和部件網(wǎng)格是分開(kāi)的、各自獨(dú)立的。所以在畫(huà)網(wǎng)格的軟件中要同時(shí)生成兩套網(wǎng)格,并且都命名成overset_xxxx。這樣fluent就能直接識(shí)別出來(lái)這是嵌套網(wǎng)格。

三是嵌套邊界:就是Overset Boundary Condition(就是圖中的Overset BC)。也就是橙色這個(gè)大圓邊界。它表示的就是嵌套的范圍,完全由你自己決定要嵌套多大范圍。還剩下的就是wall Bounday Condition,也就是圖中黑色的邊界,也是計(jì)算域真正的邊界。

上圖就是畫(huà)完網(wǎng)格后的初稿。導(dǎo)入進(jìn)fluent之后,和設(shè)置interface一樣的操作,設(shè)置overset,就可以得到如下結(jié)果。

可以看到中間的小圓被挖空了。因?yàn)樾A是邊界,小圓內(nèi)部是計(jì)算域之外的網(wǎng)格,自動(dòng)被挖掉了。并且仔細(xì)看,小圓外圍的部件網(wǎng)格和背景網(wǎng)格已經(jīng)“結(jié)合”在了一起。這是fluent自動(dòng)做插值的結(jié)果。

下圖也是嵌套網(wǎng)格的效果。兩個(gè)橢圓都是部件,綠色的是背景網(wǎng)格,嵌套完成之后就是這樣,是不是看著很清爽!

除此之外,還有一些其他操作。但是這些目前還沒(méi)有做到GUI界面里面去,仍然需要在fluent的TUI框中手動(dòng)輸入命令。

1. 設(shè)置網(wǎng)格優(yōu)先級(jí)。假如有好幾個(gè)部件網(wǎng)格交在一起,可以通過(guò)define/overset-interfaces/grid-priorities來(lái)設(shè)置網(wǎng)格的優(yōu)先級(jí)。

2. 設(shè)置基于單元的網(wǎng)格融合策略,還是基于邊界的網(wǎng)格融合策略。這一點(diǎn)可以由define/overset-interfaces/options/donor-priority-method中選擇0或者1來(lái)設(shè)置。基于單元是指當(dāng)部件網(wǎng)格過(guò)渡到和背景網(wǎng)格的大小差不多的時(shí)候,部件網(wǎng)格銜接到背景中去。而基于邊界的融合策略則不管單元大小,在網(wǎng)格重疊過(guò)渡的區(qū)域盡量遠(yuǎn)離邊界。軟件默認(rèn)設(shè)置為基于單元融合。

最后還需要注意的一點(diǎn)是,當(dāng)部件邊界非?？拷?jì)算域邊界的時(shí)候,兩個(gè)邊界中間至少要不四層網(wǎng)格,否則容易出現(xiàn)孤立單元。