CFX高級(jí)應(yīng)用——如何模擬閥完全關(guān)閉到開啟的過程

2016-10-07 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

這篇文章是源于論壇上安世亞太的內(nèi)部人員發(fā)的帖子:

http://forum.simwe.com/forum.php?mod=viewthread&tid=880388&highlight=remeshing

這里將會(huì)破解他們是如何在CFX中實(shí)現(xiàn)閥從完全關(guān)閉到打開的過程,解除ansys在技術(shù)上的一些鎖死。原文作者的原話如下:

當(dāng)流體模型包括幾何運(yùn)動(dòng)-例如轉(zhuǎn)子壓縮機(jī),齒輪泵,血液泵或者內(nèi)燃機(jī)-就要求網(wǎng)格的運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)網(wǎng)格的策略涵蓋了每個(gè)可以想得到的運(yùn)動(dòng)。特別是在流固耦合計(jì)算中涉及固體在流體中的大變形和大位移運(yùn)動(dòng),ANSYS CFX結(jié)合ICEMCFD實(shí)現(xiàn)外部網(wǎng)格重構(gòu)功能,用來模擬特別復(fù)雜構(gòu)型的動(dòng)網(wǎng)格問題并不會(huì)產(chǎn)生壞的網(wǎng)格單元,這種運(yùn)動(dòng)可以是指定規(guī)律的運(yùn)動(dòng),比如汽缸的活門運(yùn)動(dòng)事件,也可以是通過求解剛體六自由度運(yùn)動(dòng)的結(jié)果,配合ANSYS CFX的多構(gòu)型(Multi-Configuration)模擬,可以方便處理活塞封閉和邊界接觸計(jì)算。而且,對(duì)于螺桿泵、齒輪泵這種特殊的泵體運(yùn)動(dòng),ANSYS CFX開發(fā)了獨(dú)特的浸入固體方法(immersed solids)不需要任何網(wǎng)格變形或重構(gòu),采用施加動(dòng)量源項(xiàng)的方法來模擬固體在流體中的任意運(yùn)動(dòng)。基于以上兩種動(dòng)網(wǎng)格策略,用戶可以方便地解決任意復(fù)雜的動(dòng)網(wǎng)格問題。這是CFX 12新增的動(dòng)網(wǎng)格功能。這里我想描述一下Multi-Configuration and Remeshing 的功能。下面是一個(gè)帶彈簧的活塞1自由度運(yùn)動(dòng),當(dāng)壓力大于彈簧力時(shí),活塞上移,活塞一開始處于封閉狀態(tài)的,這也是目前CFD網(wǎng)格技術(shù)的瓶頸,但是CFX12 在處理這種問題上獨(dú)辟蹊徑,采用多構(gòu)型和網(wǎng)格重劃分結(jié)合的辦法有效解決這一難題。

下面我們會(huì)開始模擬這個(gè)過程。在CFD中無法模擬閥由完全關(guān)閉到開啟的過程,因?yàn)檫@個(gè)過程需要由面網(wǎng)格拉伸出體網(wǎng)格才可以實(shí)現(xiàn),在CFX中我們可以通過Multi-Configuration來實(shí)現(xiàn)這個(gè)過程,而閥一旦開啟后,剩下的即可通過remeshing功能來不斷改善網(wǎng)格輕松模擬出來。

我們需要準(zhǔn)備2套網(wǎng)格和2個(gè)ICEM的rpl文件,2套網(wǎng)格分別用于閥關(guān)閉和開啟2種模擬,而2個(gè)rpl文件用來進(jìn)行結(jié)果網(wǎng)格和非結(jié)果網(wǎng)格的remeshing。具體如下:(SST湍流模型、air idea gas、inlet/outlet opening)

首先是閥完全關(guān)閉的模擬,使用的網(wǎng)格如下:

CFX高級(jí)應(yīng)用——如何模擬閥完全關(guān)閉到開啟的過程

我們可以看出網(wǎng)格的inlet和outlet不在一個(gè)域內(nèi),這樣在求解時(shí)會(huì)有孤立區(qū)域,求解自動(dòng)停止,所以我們需要設(shè)定在求解過程中允許存在孤立區(qū)域:

關(guān)閉時(shí)的具體定義:(進(jìn)口壓力是隨時(shí)間增加的)

瞬態(tài)分析:

在閥受到的力大于設(shè)定值時(shí),閥門開啟,轉(zhuǎn)入unstated分析:

閥門開啟后:

在閥的開度非常小時(shí),對(duì)模型劃分非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格將會(huì)很困難,所以在開度非常小時(shí),我們使用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行模擬,開度達(dá)到我們?cè)O(shè)定的值時(shí),轉(zhuǎn)用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行模擬。(制作它們的rpl文件,用于remeshing)