【技術】ANSYS FLUENT動網(wǎng)格，呈現(xiàn)精彩動態(tài)過程

2016-12-25  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

自然界及工業(yè)應用中,隨處可見運動的物體,即物體相對于參照物進行移動或變形,發(fā)生隨時間和空間而變化的運動。比如,昆蟲煽動翅膀、魚類擺尾游動、氣球充氣等常見的動態(tài)過程,氣缸內(nèi)活塞的往復運動、閥門的開關、導彈水下發(fā)射、火箭整流罩分離、子彈出膛、飛機機翼擺動、儲罐分離、船體運動和浮動平臺等各行各業(yè)的設備工作過程,以及人人熟知的中肺的呼氣與吸氣、動脈的擴張與收縮等等。這類問題有一個共同的特點,就是邊界隨時間而變化,流場的形狀也隨之而變。

為了直觀形象地再現(xiàn)這些動態(tài)過程,研究變化過程的細節(jié),動網(wǎng)格技術應運而生。ANSYS Fluent的動網(wǎng)格模型提供了豐富的動網(wǎng)格技術,可以用來模擬流場形狀由于邊界運動而隨時間改變的問題。邊界的運動既可以是剛性的,也可以是變形的;既可以是預先定義的運動,也可以是預先未做定義的運動。模擬進程中,網(wǎng)格的更新由ANSYS Fluent根據(jù)每個迭代步中邊界的變化情況自動完成。

飛機后緣襟翼動態(tài)過程

動脈壁對心臟壓力脈沖的響應

同心筒導彈熱發(fā)射

所以,要實現(xiàn)動網(wǎng)格的模擬,有兩個關鍵步驟。

首先要指定邊界的運動形式,以及參與運動的區(qū)域。ANSYS Fluent提供了5種運動形式供選擇:Stationary、Rigid body、Deforming、User Defined、Systemcoupling,涵蓋了邊界運動的多種方式。

其次,要指定網(wǎng)格更新的方式。ANSYS Fluent提供了三種基本方式,即彈簧式(spring-based smoothing)、動態(tài)層鋪式(dynamic layering)和局部重劃法(local remeshing)。每一種方式都有各自的特點和適用范圍,對某一特定的問題,可以選擇最合適的一種或者結(jié)合幾種網(wǎng)格變形方式綜合使用。

• 彈簧式:網(wǎng)格單元和節(jié)點的連接關系和數(shù)量保持不變,適用于三角形/四面體網(wǎng)格在小范圍內(nèi)的邊界變形。

2D-Spring-Analogy

• 層鋪法:隨著邊界的移動,單元層生成或消失。單元層可以是四邊形/六面體/四面體類型,適合邊界的線性或旋轉(zhuǎn)運動,變形范圍無限制。

2D-Layering

• 局部重劃法:隨著邊界的移動,對扭曲大的網(wǎng)格進行重新劃分,單元和節(jié)點的數(shù)量發(fā)生變化,適用于三角形/四面體網(wǎng)格類型,邊界運動范圍可以很大。

2D-Remeshing

結(jié)合三種網(wǎng)格變形方式模擬的2D氣缸運動

結(jié)合三種網(wǎng)格變形方式模擬的3D氣缸運動

此外,現(xiàn)代仿真技術中多學科耦合技術的應用日趨普遍,常見的雙向流固耦合(FSI)仿真中,動網(wǎng)格技術就是必不可少的工具,兩種技術結(jié)合應用可以解決大變形的流固耦合問題。

雙向流固耦合模擬的彈性管變形

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