滑移网格与动网格.ppt

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1、滑移网格,滑移网格应用,模拟相对滑动区域之间的非稳态相互作用,滑移网格应用举例,Two Passing Trains,Rotor-Stator Interaction,Blower,滑移网格技术,滑移网格界面形状,滑移网格要求,相对滑动的单元区必须是一个单独的区域(zone) 滑移界面必须由两个面域（face zone）构成，分别属于界面两侧的单元区域(cell zone) 滑移界面没有法向流体运动 建立界面之前，设置好周期域,滑移网格模型设置,设置非稳态计算相关参数 设置滑移边界条件 将滑移面的边界类型设为界面(interface) 将运动单元区的运动类型(Motion Type )设为Mo

2、ving Mesh并设定相应的移动速度. 在Grid Interfaces面板中定义界面,定义滑移网格界面(Interface),Define - Gid Interfaces,滑移网格注意事项,保存初始case文件，data与case文件同时保存 保存前删除界面，读入时再重新创建 对于不同区域之间有强烈相互作用的问题，由多参考系初始计算转入滑移网格计算： Grid - modify-zones - mrf-to-sliding-mesh,滑移网格的后处理,绝对速度与相对速度 穿过界面的等值线可能显示不连续,动网格,Fluent对移动边界问题的处理,旋转坐标系 单旋转坐标系 多旋转坐标系（多参

3、考系） 混合平面模型 滑移网格 动网格,动网格应用,模拟流体中的运动物体或移动界面 膨胀中的气球 液滴的蒸发 内燃机缸内活塞运动 子弹出膛过程 火箭级间分离 阀门的开启与关闭过程 心脏的跳动 鱼的摆尾游动,动网格守恒方程,时间项：,滑移网格：,动网格算法,结构动网格 刚性运动网格：网格与物体一起作刚性运动 超限插值(transfinite interpolation)：网格在每一时间步由超限插值代数生成 重叠网格：区域共享 滑移网格,超限插值,动网格算法,非结构动网格 刚性网格 重叠网格 网格重构(remeshing):每个时间步重新生成网格 变形：保持拓扑结构不变，重新分配节点 弹簧光顺（s

4、pring smoothing） 基于Delaunnay背景网格的映射与回插 变形与重构相结合,变形/重构混合动网格,Fluent动网格算法,光顺法(Smooting) 弹簧光顺法 Laplacian光顺 边界层光顺 动态铺层法(dynamic layering) 网格重构(remeshing ),弹簧光顺,网格节点之间视为弹簧联系 弹簧系统的平衡态即为优化后的网格分布,弹簧光顺,弹簧光顺法的网格类型,四面体(3D)或三角形(2D) 满足以下条件的非四面体或非三角形网格 运动物体的边界只沿一个方向运动 运动方向沿边界法向 其它类型网格： Define - models - dynamic-me

5、sh-controls - smoothing-parameter - spring-on-all-shapes?,Laplacian光顺,将节点置于其周边节点的几何中心,边界层光顺,使边界层网格适应运动边界的变形，保持边界层网格的拓扑结构,动态铺层法,在运动边界加/减网格单元层 适用网格类型：六面体，棱柱、楔形 网格单元层融和或劈裂准则：,动态铺层法,铺层方法 保持高度 保持比例,动态铺层法的注意事项,运动边界网格必须是楔形、六面体或四边形(2D) 单元层边界必须是单侧面域(one-sided face zone)，如果是双侧壁面(double-sided wall)，必须将其撕裂为两个单侧

6、壁面 不能与悬挂节点网格自适应联用,动态铺层法的注意事项,内部边界的两个面均进行铺层 与运动边界相邻的边界必须是“滑移界面(sliding interface)”,重构法,合并变形严重的网格，再重新划分 网格类型：三角形或四面体 重构方法 局部重构法(local remeshing ) 局部面网格重构（ local face remeshing ） 面域重构（face region remeshing） 2.5D表面重构（2.5D surface remeshing）,局部重构法(local remeshing ),用以下准则对网格单元标记，然后重构 偏斜度 最小或最大网格单元尺寸 尺寸函数(

7、size function),面域重构（face region remeshing）,对变形边界上的网格重新划分 基于最大或最小尺寸 网格类型：三角形或四面体,仅适用于3D流动 基于偏斜度 不能重构多个面域 使用条件 三角形网格单元 不能跨域重构 不能与悬挂节点网格自适应联用,局部面网格重构(local face remeshing),2.5D表面重构(2.5D surface remeshing),仅用于3D向外挤出的几何结构 类似于2D面网格重构，单元区域的重构基于三角面网格的重构 用以下准则对网格单元标记 偏斜度 最小或最大网格单元尺寸 尺寸函数(size function),2.5D表

8、面重构(2.5D surface remeshing),基于尺寸函数(size function)的重构,尺寸函数与背景网格,背景网格的尺寸函数：,基于尺寸函数(size function)的重构,尺寸函数与背景网格,实际网格的尺寸函数：,重构准则,基于尺寸函数(size function)的重构,基于尺寸函数(size function)的重构,基于距边界的距离和边界单元的尺寸对网格单元进行标记,Feature Detection,网格更新过程,根据模型参数和网格单元类型自动更新 特殊情况 并行计算重构之后的网格与串行计算有差别 存在多个薄层传导区域(shell conduction)动网格

9、更新会很慢,运动物体描述：刚体运动学,刚体质心与刚体方位角：,刚体上任一点的运动：,Fluent运动物体描述方法,Profile 时间 曲轴转角 位置坐标（x,y,z） 线速度(vx, vy, vz) 角速度(x, y, z) 方位角(x, y, z) UDF DEFINE_CG_MOTION,Profile文件格式,用户手册7.26节,Profile类型,Point Line Mesh Radial Axial,动网格UDF,DEFINE_CG_MOTION：center of gravity motion DEFINE_GEOM：geometry deformation DEFINE_GR

10、ID_MOTION：grid motion DEFINE_SDOF_PROPERTIES：properties for Six Degrees of Freedom (SDOF) Solver,DEFINE_CG_MOTION,DEFINE_CG_MOTION,#include “udf.h“ static real v_prev = 0.0; DEFINE_CG_MOTION(piston,dt,vel,omega,time,dtime) Thread *t; face_t f; real NV_VEC(A); real force, dv; /* reset velocities */ N

11、V_S(vel, =, 0.0); NV_S(omega, =, 0.0); if (!Data_Valid_P() return; /* get the thread pointer for which this motion is defined */ t = DT_THREAD(dt);,force = 0.0; begin_f_loop(f,t) F_AREA(A,f,t); force += F_P(f,t) * NV_MAG(A); end_f_loop(f,t) /* compute change in velocity, i.e., dv = F * dt / mass vel

12、ocity update using explicit Euler formula */ dv = dtime * force / 50.0; v_prev += dv; Message (“time = %f, x_vel = %f, force = %fn“, time, v_prev, force); /* set x-component of velocity */ vel0 = v_prev; ,动网格的稳态应用,稳态问题的动网格设置与瞬态问题基本一样 不同之处： 物体的运动必须用UDF “CG_MOTION”描述，不能用Profile CG_MOTION的参数dtime默认为1 对

13、动网格的参数要求可降低，因为不存在插值误差的问题 必须手动更新网格 Solve - Mesh Motion. In-Cylinder和 Six DOF Solver不能用于稳态问题,动网格稳态应用实例,动网格求解步骤,设置合适的瞬态或稳态求解器： Define - Models - Solver. 设置边界条件： Define - Boundary Conditions. 激活动网格模型，设置相应参数： Define - Dynamic Mesh - Parameters. 设置运动区域的运动方式： Define - Dynamic Mesh - Zones. 预览区域运动：Display -

14、 Zone Motion. 定义事件：Define - Dynamic Mesh - Events. 保存设置参数与数据： File - Write - Case & Data. 预览网格运动：Solve - Mesh Motion.,设置动网格模型参数,Define - Dynamic Mesh - Parametrs.,弹簧光顺参数设置,Spring Constant Factor: 0, 1 Boundary Node Relaxation: 0, 1 Convergence Tolerance Number of Iterations,Laplacian光顺参数设置,Number of

15、 Iterations Boundary Node Relaxation,动态铺层参数设置,局部重构参数设置,局部重构参数设置,Must improve skewness：Maximum Cell Skewness 3D：0.9 2D: 0.6 Face Remeshing：3D模型边界网格重构 Maximum Face Skewness Define -dynamic mesh - zones: Type: Deforming - Mesh Options - Remeshing,局部重构参数设置,Size Remesh Interval marking based on skewness:

16、 1 marking based on size and height: Specified,局部重构参数设置,Size Function Size Function Resolution Size Function Variation Size Function Rate,In-Cylinder参数设置,In-Cylinder参数设置,Piston Stroke Cutoff Minimum Valve Lift,Six DOF参数设置,Six degree of freedom (Six DOF),定义区域运动方式,刚体运动 Profile UDF Six DOF solver 变形域(d

17、eforming zone)的运动 定义变形域几何形状 面网格重构 用户自定义：刚体与变形并存 静止(Stationary),定义区域运动方式,一般步骤 创建 修改 查看刚体质心 删除,Define - Dynamic Mesh - Zones.,Stationary类型设置,刚体运动设置,刚体运动设置：Six DOF,刚体运动设置,In-cylinder Valve/Piston Axis：设置气阀轴向 面域刚体 Cell Height,变形域(deforming zone) 运动设置,用户自定义运动,Type: User defined Motion attribute: Mesh mot

18、ion UDF Meshing options: Cell height,边界层光顺设置,1. 设置边界层所在边界的运动：Type - User-Defined 2. 边界层作为一个单独的区域，设为Deforming类型： Type - Deforming，Mesh options - Smoothing 3. 将边界层外的区域也设为Deforming类型， Mesh options - Smoothing，Remeshing,预览区域运动,Display - Zone Motion,预览网格运动,Solve - Mesh Motion,定义动网格事件,目的：控制模拟过程中的特殊事件 Defi

19、ne - Dynamic Mesh - Events.,事件类型,Change Zone Type, Copy Zone BC, Activate Cell Zone, Deactivate Cell Zone, Create Sliding Interface, Delete Sliding Interface, Change Motion Attribute, Change Time Step Size, Change Under-Relaxation Factors, Insert Boundary Zone Layer, Remove Boundary Zone Layer, Inse

20、rt Interior Zone Layer, Remove Interior Zone Layer, Insert Cell Layer, Remove Cell Layer,事件类型,改变区域类型 wall, interface, interior, fluid, or solid 复制边界条件 激活/去活 区域 创建/删除滑移界面 改变运动属性： slide, moving, or remesh 改变时间步长 改变松弛因子,事件类型,插入/删除边界区域 插入/删除内部区域 插入/删除单元层,应用缸内(In-Cylinder)模型,网格拓扑结构,应用缸内(In-Cylinder)模型,定义

21、网格起始位置 初始网格对应上止点；用命令生成起始网格： define - models - dynamic-mesh-controls - in-cylinder-parameter - position-starting-mesh,应用缸内(In-Cylinder)模型,网格运动方式,定义事件，令阀门开启或关闭,应用缸内(In-Cylinder)模型,应用2.5D模型,应用Six DOF模型,Six DOF模型 Six DOF模型设置 初始位置与初始速度 每个运动物体都需一个单独的UDF：DEFINE_SDOF_PROPERTIES,应用Six DOF模型,SDOF Properties,S

22、DOF_MASS /* mass */ SDOF_IXX, /* moment of inertia */ SDOF_IYY, /* moment of inertia */ SDOF_IZZ, /* moment of inertia */ SDOF_IXY, /* product of inertia */ SDOF_IXZ, /* product of inertia */ SDOF_IYZ, /* product of inertia */ SDOF_LOAD_LOCAL, /* boolean */ SDOF_LOAD_F_X, /* external force */ SDOF_LOAD_F_Y, /* external force */ SDOF_LOAD_F_Z, /* external force */ SDOF_LOAD_M_X, /* external moment */ SDOF_LOAD_M_Y, /* external moment */ SDOF_LOAD_M_Z, /* external moment */,作业,滑移网格：FLUENT 6.3 Tutorial Guide 第11章 滑移网格：Fluent技术基础与应用实例第9.5节 动网格：FLUENT 6.3 Tutorial Guide 第12章,