Fluent实例：Profile定义运动

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:

如图所示,1为运动刚体,2为计算域。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。计算域总长度为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)

)

(1)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,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,网格单元总数19671,节点总数9832。

(2)启动fluent,读入msh文件

选择2D求解器,勾选双精度选项。检查单位,确保使用的单位为mm。选用瞬态求解器。general中的其它选项采取默认。如下图所示。

(3)选用标准k-e湍流模型,材料使用水。

设定cell zone condition将默认域介质设定为water。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。

(4)读入profile文件

利用file> profile…菜单读入已准备好的profile文件。

(5)激活动网格选项

如下图所示。勾选smoothing、layering、remeshing选项。

各选项的参数设置分别如下图所示。

(6)定义运动区域

定义中间刚体壁面为rigid body,选择运动profile为读入的profile文件movevelocity,设置meshing options中的cell height为1mm。该参数用于网格的分裂与合并。当网格高度大于1.4时进行分裂,小于0.2时合并。预览zone的运动与网格运动。注意在预览网格运动之前保存case文件。

(7)定义其它选项

如动画、节点物理量监测等。

(8)总结

对于类似本例的纯外流场问题,通过都不利用动网格进行计算。主要原因在于:(1)网格发生运动后的质量不好,通常都会低于原始网格质量。(2)动网格计算开销比较大。因为每次网格运动时要计算网格节点的位置。

要例所示的问题,一般使用相对运动的原理:刚体不动,运动的是流动介质。然而在一些特殊的场合(比如火箭发射后的整流罩分离等)则必须使用到动网格。