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Fluent 14.5动网格计算实例具体操作步骤

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    Fluent 14.5动网格计算实例具体操作步骤

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    Fluent 14.5动网格计算实例具体操作步骤 目录 Fluent 14.5动网格计算实例具体操作步骤 在fluent中,动网格模型可以用来模拟由于流域边界运动引起流域形状随时间变化的流动情况,动网格在求解过程中计算网格要重构,例如汽车发动机中的气缸运动、阀门的开启与关闭、机翼的运动、飞机投弹等等。 实例:Profile定义运动 I、 参数说明 本次实例采用的场景来自于流体中高速飞行的物体。如子弹、火箭、导弹等。这里只是为了说明profile在动网格运动定义中的应用,因此为了计算方便不考虑高速问题。问题描述如下图所示: 图 1 (1为运动刚体,2为计算域) 图2 计算说明:由于不考虑也没办法考虑刚体的变形,因此在构建面域的时候,将1中的部分通过布尔运算去除。计算域总长度300mm,其中固体运动最大位移为: 300-40-30-6mm=224mm。 为了防止固体边界与计算域边界发生重叠,我们使运动最大距离为200mm。运动速度v=0.4t,这样可能计算运动完200mm需要的时间为1s。采取5个时间数据点分别为:0,0.25,0.5,0.75,1s,相对应的速度为: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)) 解释:在记事本中按下列格式编写,保存为.txt文本即可。其中,moveVelocity为profile文件名,transient表示瞬态,5为表示所取速度及时间变化点数,这里取5个点;time后所述为所取点的时刻值;x后所述为所取点的x坐标;v_x为所取点的x向速度;所取的五个点组成速度与时间的线性关系,如图2所示。 II、 操作步骤 1、 将计算域离散为网格 在ICEM CFD中将计算域离散为网格,由于三角形网格非常适合于2D动网格,因此本例使用三角形网格。若要使用四边形网格,则需要进行滑移面处理。详细的说明将留待以后网格更新的时候进行。同样的,也不进行边界层处理。 简化问题描述,设定四周为wall壁面,中间区域为rigid wall(如图3所示),在动网格中进行设定。全局网格尺寸为2mm,运动边界网格尺寸1mm, 图3 parts 设置 网格单元总数为:19698 节点总数:9845 2、 Fluent操作步骤 1. 启动Fluent 14.5求解器 双击桌面上的Fluent图标,打开启动对话框,如图4所示,选择选择2D求解器,勾选双精度选项,点击OK启动Fluent 14.5。 图4 2. 初始设置 找到并选择网格msh文件,完成将网格文件输入Fluent的操作。检查并修改单位,点击General面板中的Scale确保使用的单位为mm,如下图所示。点击Check检查网格质量,注意Minimum Volume应大于0。 图5 设置求解器,由于在动网格的应用中,稳态情况比较少见,所以选择瞬态求解器,General中的其它选项采取默认设置,如下图所示。 图6 3. 选择湍流模型 选择Models面板中的标准k-e湍流模型,如下图所示。 图7 4. 设置流体物性 选择Materials面板中的air,打开材料设置对话框,如下图所示,将液体材料改为水,具体操作如下。 1) 在Name栏内输入water。 2) 在属性栏内输入流体的物理属性如下: 密度 1000 动力黏度 0.01 等压比热 4182 导热系数 0.6 3) 点击Change/Create 4) 在弹出的对话框内,点击No;此项操作将使名为water的流体添加到材料选择列表中,可以在材料列表内查看到,同时保留系统默认的流体air。 5) 点击Close 图 8 5. 设置边界条件 设置工作流体为水,即设定Cell Zone Condition将默认域介质设定为water,具体操作如下。 1) 在Zone栏内选择Edit,即编辑默认域设定,打开Fluid设置对话框,如下图所示。 2) 在Materials Name下拉列表中选择water。 3) 点击OK,关闭材料选择对话框。 图9 由于本例使用全封闭计算域,所有边界类型为wall,所以Boundary Condition采用默认设置即可。将编辑好的轮廓文件(profile)导入到Fluent中,具体操作如下。 1) 单击选择Boundary Condition面板中的Profile选项,打开Profile设置对话框,如下图所示。 2) 点击Read ,在文件类型中选择All Files,选择profile 文件储存成文本文档text的形式。 3) 点击Apply,关闭Profile设置对话框。 图11 6. 动网格设置 在Dynamic Mesh面板中找到Dynamic Mesh选项,并勾选激活动网格选项。勾选Mesh Methods目录下的Smoothing,Layering,Remeshing选项。各选项的参数设置分别如下图所示。 在Smoothing中,有两种网格光顺的方法,弹簧光顺与离散光顺两个模型。激活弹簧光顺模型,相关参数设置位于Smoothing(光顺)标签下,可以设置的参数包括Spring Constant Factor(弹簧弹性系数)、Laplace Node Relaxation(边界点松弛因子)、Convergence Tolerance(收敛判据)和Number of Iterations(迭代次数)。弹簧弹性系数应该在0 到1之间变化,弹性系数等于0时,弹簧系统没有耗散过程,在图中算例中,靠近壁面的网格没有被改变,而是保持了原来的网格形状和密度;在弹性系数等于1 时,弹簧系统的耗散过程与缺省设置相同,从图中可以发现壁面发生变形,壁面附近网格因为过度加密而质量下降。因此在实际计算中应该在0 到1 之间选择一个适当的值。边界点松弛因子用于控制动边界上网格点的移动。当这个值为零时,边界节点不发生移动;在这个值为1 时,则边界节点的移动计算中不采用松弛格式。在大多数情况下,这个值应该取为0 到1之间的一个值,以保证边界节点以合适的移动量发生移动。收敛判据就是网格节点移动计算中,迭代计算的判据。迭代次数是指网格节点移动计算的最大迭代次数。 在Layering(动态层)标签下,可以设置与动态层模型相关的参数。Split Factor (分割因子)和Collapse Factor(合并因子)与Dynamic Mesh Zones中的Cell Height相关,定义其乘积下的分割与合并属性。 在Remeshing(重划网格)标签下,设置与局部重划模型相关的参数。可以设置的参数包括Maximum Cell Skewness(最大畸变率)、Maximum Cell Volume(最大网格体积)和Minimum Cell Volume(最大网格体积),主要用于确定哪些网格需要被重新划分。Mesh Scale Info用于设定时参考网格内的参数。在缺省设置中,如果重新划分的网格优于原网格,则用新网格代替旧网格;否则,将保持原网格划分不变。如果无论如何都要采用新网格的话,则可以在Options(选项)下面选择Must Improve Skewness(必须改善畸变率)选项。如果Options(选项)下面的Size Function(尺寸函数)被激活,则还可以用网格尺寸分布函数标志需要重新划分的网格。 在Dynamic Mesh Zones中定义运动区域,即定义中间刚体壁面为rigid body,具体操作如下。 1) 点击Create/Edit选项,打开Dynamic Mesh Zones设置对话框,如下图所示。 2) 在Zone Names下选择rigid wall,在Type中选择Rigid Body。 3) 在Meshing Options中,设置Cell Height中的值为1mm。 4) 点击Create,并关闭Dynamic Mesh Zones设置对话框。 图11 点击Preview Mesh Motion 可以设置预览网格运动,具体操作如下。 1) 点击Preview Mesh Motion选项,打开设置对话框。 2) 设置时间步长和步数,具体设置如下图所示。 3) 设置完成后,点击Preview。 图 15 注意:在这一步中,需要提醒一下,使用动网格进行正式计算之前,最好养成预览动网格更新的习惯;就是在正式计算前,浏览一下动网格的更新情况,这样可以避免在计算过程中出现动网格更新本身的问题。在预览更新时,很多人都说会出现负体积的警告,更新不成功,出现这样的问题时,最好先把时间步长改的更小点儿试试,一般来讲,排除UDF本身的原因,出现更新出错的原因都与时间步长有关,这需要结合所使用的更新方法多琢磨。在预览动网格前先保存动网格设置,预览后将造成不可逆的计算结果。 7. 设置其它选项 Solution面板中的设置此处不在详细叙述,对于非定常问题,推荐使用PISO算法。时间步长设置为0.01,计算步数设置为100

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