搜索被動型動網格解決方案-1 6DOF模型
2017-01-16 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
利用CFD軟件解決動網格問題,通常可分為以下兩類:
(1)主動型動網格
主動型動網格問題通常指的是邊界運動規律及運動狀態已知,通常可由軟件使用者通過函數或程序進行描述。在程序計算過程中,求解器調用邊界運動軌跡描述程序實現邊界運動。這類動網格例子很多,如各類泵、風扇等。
(2)被動型動網格
還有一類動網格問題,其邊界運動規律往往是未知的,常常需要通過計算邊界上的力或力矩,以此來求取邊界的運動。在這類動網格計算設置中,網格變化規律難以預料,導致網格參數經常需要進行多次調整才能達到目的。這類例子在現實中其實也很多,比如風力發電機的葉輪、水輪機等。
解決主動型動網格問題比較容易,利用CFD軟件提供的動網格模擬能力很容易解決。需要關注的地方是邊界運動后,網格節點如何重新布置和生成。如在FLUENT軟件中,其動網格主要包括三種網格功能:彈簧光順、動態層及網格重構。利用網格重構功能幾乎可以解決所有主動型動網格問題。
那被動型動網格問題怎么處理呢?一般來說,這類邊界的運動都是由于內部流體對其壓力所造成的,那么就涉及到力和力矩計算的問題。對于這類問題,在FLUENT軟件中可以采用6DOF模型進行計算。
需要注意的是,以上所有類型動網格計算均建立在邊界為剛性的情況下。即不會計算由于流動產生的力的作用導致的邊界變形。若要計算邊界變形,則需要采用流固耦合方法,利用固體求解器計算。被動型動網格中的力和力矩均是壓力對面的積分計算而來。
1、6DOF UDF宏
在FLUENT中利用6DOF是需要定義UDF宏的。該宏的定義形式如下:
DEFINE_SDOF_PROPERTIES(name, properties, dt ,time ,dtime)
函數中:
Name:宏名稱
Real *properties:存儲6DOF屬性的數組
Dynamic_Thread *dt:存儲制定的動網格屬性
Real time:當前時間
Real dtime:時間步長
該UDF宏沒有返回值。用戶需要定義的變變量為name、properties、dt、dtime。
在利用該UDF宏的過程中,需要注意的是properties數組,其包含多種屬性:
SDOF_MASS //質量,定義方式如properties[SDOF_MASS]=7.0定義質量7kg
SDOF_IXX,SDOF_IYY,SOF_IZZ,//X、Y、Z方向慣性矩
SDOF_IXY,SDOF_IXZ,SDOF_IYZ,//慣性積
SDOF_LOAD_LOCAL,//布爾值,FALSE為全局坐標系,TRUE為體坐標系(局部坐標系),默認為FALSE
SDOF_LOAD_F_X,SDOF_LOAD_F_Y,SDOF_LOAD_F_Z,//X,Y,Z方向外力
SDOF_LOAD_M_X,SDOF_LOAD_M_Y,SDOF_LOAD_M_Z,//分別為X,Y,Z方向外力矩
SDOF_ZERO_TRANS_X,SDOF_ZERO_TRANS_Y,SDOF_ZERO_TRANS_Z,//布爾值,TRUE表示該方向位移為0,默認為FALSE
SDOF_ZERO_ROT_X,SDOF_ZERO_ROT_Y,SDOF_ZERO_ROT_Z,//布爾值,TRUE表示該方向旋轉自由度為0,默認值為FALSE
SDOF_SYMMETRY_X,SDOF_SYMMETRY_Y,SDOF_SYMMETRY_Z,//指定半模型的對稱軸法向向量。在半模型運動時使用。
上面的變換變量可以應付絕大多數問題,然而在FLUENT中,用戶還可以自定義變換變量,這也是通過6DOF屬性變量實現,這些變量包括:
SDOF_CUSTOM_TRANS,//布爾值,TRUE表示使用自定義變換變量,FALUSE表示不使用
SDOF_CTRANS_11,SDOF_CTRANS_12,SDOF_CTRANS_13,SDOF_CTRANS_21,SDOF_CTRANS_22,SDOF_CTRANS_23,SDOF_CTRANS_31,SDOF_CTRANS_32,SDOF_CTRANS_33,//坐標旋轉變量
SDOF_DTRANS_11,SDOF_DTRANS_12,SDOF_DTRANS_13,SDOF_DTRANS_21,SDOF_DTRANS_22,SDOF_DTRANS_23,SDOF_DTRANS_31,SDOF_DTRANS_32,SDOF_DTRANS_33,//衍生旋轉矩陣
這些旋轉矩陣在實際使用中應用較少。
下面是一個簡單的SDOF實例:
#include “udf.h”
DEFINE_SDOF_PROPERTIES(stage,prop,time,dtime)
{
prop[SDOF_MASS] = 800.0;
prop[SDOF_IXX] = 200;
Prop[SDOF_IYY] = 100;
Prop[SDOF_IZZ] = 100;
}
上面的UDF定義了一個名為stage的SDOF宏,且質量800kg,X方向轉動慣量為200,Y方向轉動慣量100,Z方向轉動慣量100
2、剛體參數的獲取
應用6DOF無可避免的會碰到剛體屬性值的獲取問題。對于簡單的幾何體,應用力學公式可以很方便的計算出諸如質量、轉動慣量等。但是對于復雜的幾何模型,要想通過數學公式計算出這些物理量幾乎是不可能的。
其實,幾乎所有的CAD建模軟件中均具有這些物理量的計算能力,不過要注意區分計算的是全局坐標系還是局部坐標系。
下次以實例來描述如何應用6DOF模型求解被動型動網格問題。
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