fluent 用Profile定義運動

2016-08-29  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

這里要說的PROFILE文件,只針對利用于網(wǎng)格運動定義之用的瞬態(tài)profile文件。其它類型的profile文件,可參閱FLUENT用戶文檔,里頭有詳細(xì)的描述。

在ANSYS FLUENT中,有兩種方式用于指定瞬態(tài)網(wǎng)格區(qū)域及邊界條件:

(1)與標(biāo)準(zhǔn)profile格式相同的瞬態(tài)profile文件

(2)表格格式的瞬態(tài)profile文件。

對于這兩種方式,網(wǎng)格域及邊界條件的變化均只與時間有關(guān)。然而如果使用了in-cylinder模型,則用戶可以使用crank角代替時間變量。

1、標(biāo)準(zhǔn)瞬態(tài)profile文件

一個標(biāo)準(zhǔn)瞬態(tài)profile文件格式如下:

((profile-name transient n periodic?)

(field_name_1 a1 a2 a3 … an)

(field_name_2 b1 b2 b3 … bn)

.

.

.

(field_name_r r1 r2 r3 … rn)

)

注意:

(1)profile-name:profile名,必須全部為小寫字母,少于64個字符。

(2)transient為保留關(guān)鍵字,不可隨便更改。

(3)n表示每一個場變量所包含的變量個數(shù)。

(4)periodic?用于標(biāo)識是否使用周期,1為使用時間周期,0表示不使用時間周期。

(5)通常field_name_1為time,后面的變量值為升序排列。

(6)所有的值,包括坐標(biāo)值,都必須使用SI單位制。fluent讀入profile文件時不進(jìn)行單位轉(zhuǎn)換。

一個實際的例子:

((sampleprofile transient 3 0)

(time 1 2 3)

(u 10 20 30)

)

解讀:(1)profile名為sampleprofile,讀入該profile文件后,合適的地方出現(xiàn)的變量名為sampleprofile。(2)在3個時間點上定義了值,分別為1s,2s,3s。其中1s時的x方向速度值為10m/s,2s時刻對應(yīng)的速度值為20m/s,3s時刻對應(yīng)的速度值為30m/s。u,v,w是表示x,y,z三方向的速度,也可以使用v_x,v_y與v_z,旋轉(zhuǎn)速度使用omega_x,omega_y,omega_z變量名。

一個使用crank angle替代time的例子:

((example transient 3 1)

(angle 0 180 360)

(temperature 300 500 300)

)

2、表格瞬態(tài)profile文件

表格格式與標(biāo)準(zhǔn)格式有很大的差異。表格格式如下:

profile_name n_field  n_data peridoic?

field_1 field_2 field_3 … field_4

v-1-1 v-2-1 … … … v-n_field_1

v-1-2 v-2-2 … … … v-n_field-2

.

.

.

v-1-n_data v-2-n_data … … … v-n_field-n_data

說明:與標(biāo)準(zhǔn)格式類似,profile_name為profile名,體現(xiàn)在fluent中為運動變量名。格式要求與標(biāo)準(zhǔn)格式一致:小寫,少于64個字符。

field_1通常為time,表示時間。后方接著的是各個變量名。

v-1-1表示field_1的第一個值,依此類推,v-1-2表示第二個值。按升序排列。

peridoic?表示是否采用時間周期,1表示采用,0表示不采用。

一個例子:

sampleprofile 2 3 0

time u

1 10

2 20

3 30

解讀:

第一行:sampleprofile表示profile名,fluent讀入此profile后,將會在使用profile的地方顯示該profile名。2表示兩個場變量(time與u)或者說是表的列數(shù),3表示一共有3個數(shù)據(jù)點或者說表有三行。0表示不使用周期。

第二行:定義場變量。一共是兩個場變量:time與u,通常time放在第一個。

第三行到最后一行:第一個值表示時間值,第二個值表示u的值。定義了1s時的x方向速度值為10m/s,2s時刻對應(yīng)的速度值為20m/s,3s時刻對應(yīng)的速度值為30m/s。

若使用周期,則必須定義一個周期內(nèi)的時間物理量的變化。簡單來說,就是最后一行的物理量的值與第一行物理量的值相同。如下一個例子:

periodprofile 2 4 1

time u

0 10

1 20

2 30

3 10

也可以使用crank angle代替時間進(jìn)行變量定義:

exaple  2 3 1

angle temperature

0 300

180 500

360 300

請注意:

使用列表形式的profile,只能使用TUI命令讀入到fluent中:

file > read-transient-table

下面提供一個實例:

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(dǎo)彈等。這里只是為了說明profile在動網(wǎng)格運動定義中的應(yīng)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(gòu)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(fā)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(shù)據(jù)點分別為:0,0.25,0.5,0.75,1s,相對應(yīng)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(wǎng)格。

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

  

簡化問題描述,設(shè)定四周為wall壁面,中間區(qū)域為rigid wall,在動網(wǎng)格中進(jìn)行設(shè)定。全局網(wǎng)格尺寸為2mm,運動邊界網(wǎng)格尺寸1mm,網(wǎng)格單元總數(shù)19671,節(jié)點總數(shù)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(tài)求解器。general中的其它選項采取默認(rèn)。如下圖所示。

(3)選用標(biāo)準(zhǔn)k-e湍流模型,材料使用水。

設(shè)定cell zone condition將默認(rèn)域介質(zhì)設(shè)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(rèn)設(shè)置。

(4)讀入profile文件

利用file> profile…菜單讀入已準(zhǔn)備好的profile文件。

(5)激活動網(wǎng)格選項

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

 

各選項的參數(shù)設(shè)置分別如下圖所示。

     

(6)定義運動區(qū)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(shè)置meshing options中的cell height為1mm。該參數(shù)用于網(wǎng)格的分裂與合并。當(dāng)網(wǎng)格高度大于1.4時進(jìn)行分裂,小于0.2時合并。預(yù)覽zone的運動與網(wǎng)格運動。注意在預(yù)覽網(wǎng)格運動之前保存case文件。

(7)定義其它選項

如動畫、節(jié)點物理量監(jiān)測等。

(8)總結(jié)

對于類似本例的純外流場問題,通過都不利用動網(wǎng)格進(jìn)行計算。主要原因在于:(1)網(wǎng)格發(fā)生運動后的質(zhì)量不好,通常都會低于原始網(wǎng)格質(zhì)量。(2)動網(wǎng)格計算開銷比較大。因為每次網(wǎng)格運動時要計算網(wǎng)格節(jié)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(zhì)。然而在一些特殊的場合(比如火箭發(fā)射后的整流罩分離等)則必須使用到動網(wǎng)格。

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