本次實例采用的場景來自于流體中高速飛行的物體。如子彈、火箭、導彈等。這里只是為了說明profile在動網格運動定義中的應用,因此為了計算方便不考慮高速問題。問題描述如下圖所示:

如圖所示,1為運動剛體,2為計算域。由于不考慮也沒辦法考慮剛體的變形,因此在構建面域的時候,將1中的部分通過布爾運算去除。計算域總長度為300mm,其中固體運動最大位移為300-40-30-6mm=224mm。

為了防止固體邊界與計算域邊界發生重疊,我們使運動最大距離為200mm。運動速度v=0.4t,這樣可能計算運動完200mm需要的時間為1s。采取5個時間數據點分別為:0,0.25,0.5,0.75,1s,相對應的速度為: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)將計算域離散為網格。

由于三角形網格非常適合于2D動網格,因此本例使用三角形網格。若要使用四邊形網格,則需要進行滑移面處理。詳細的說明將留待以后網格更新的時候進行。同樣的,也不進行邊界層處理。

簡化問題描述,設定四周為wall壁面,中間區域為rigid wall,在動網格中進行設定。全局網格尺寸為2mm,運動邊界網格尺寸1mm,網格單元總數19671,節點總數9832。

(2)啟動fluent,讀入msh文件

選擇2D求解器,勾選雙精度選項。檢查單位,確保使用的單位為mm。選用瞬態求解器。general中的其它選項采取默認。如下圖所示。

(3)選用標準k-e湍流模型,材料使用水。

設定cell zone condition將默認域介質設定為water。由于本例使用全封閉計算域,所有邊界類型為wall,所以boundary condition采用默認設置。

(4)讀入profile文件

利用file> profile…菜單讀入已準備好的profile文件。

(5)激活動網格選項

如下圖所示。勾選smoothing、layering、remeshing選項。

各選項的參數設置分別如下圖所示。

(6)定義運動區域

定義中間剛體壁面為rigid body,選擇運動profile為讀入的profile文件movevelocity,設置meshing options中的cell height為1mm。該參數用于網格的分裂與合并。當網格高度大于1.4時進行分裂,小于0.2時合并。預覽zone的運動與網格運動。注意在預覽網格運動之前保存case文件。

(7)定義其它選項

如動畫、節點物理量監測等。

(8)總結

對于類似本例的純外流場問題,通過都不利用動網格進行計算。主要原因在于:(1)網格發生運動后的質量不好,通常都會低于原始網格質量。(2)動網格計算開銷比較大。因為每次網格運動時要計算網格節點的位置。

要例所示的問題,一般使用相對運動的原理:剛體不動,運動的是流動介質。然而在一些特殊的場合(比如火箭發射后的整流罩分離等)則必須使用到動網格。