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Fluent案例|利用MPM模型模拟打台球

内容纲要

案例演示利用Fluent宏观颗粒模型进行台球开球模拟。

1 问题模拟

使用Fluent宏观颗粒模型来执行台球桌上第一次击球的模拟,包括母球与最初排列成三角形的15个目标球的碰撞。台球桌尺寸为50英寸x100英寸,如下图所示,台球直径为56毫米。

网格生成过程这里略过。

计算结果如图所示。

2 Fluent设置

  • 3D、Double Precision方式启动Fluent
  • 利用菜单 File → Read → Mesh… 读取网格文件 pool-table.msh

2.1 启动MPM模型

  • 在TUI窗口中输入define/models/addon-modeule/,然后输入10选择启用MPM模型

2.2 General设置

  • 进入General任务页进行设置
    • 指定TimeTransient
    • 激活选项 Gravity ,并指定重力加速度

2.3 设置MPM模型

  • 双击Models节点下的子节点Macroscopic Particles打开模型设置对话框
  • 激活选项 Enable Macroscopic Particle Model
  • 进入Injections选项卡,点击按钮 Create… 打开设置对话框
  • 在弹出的对话框中指定参数
    • 指定Diameter0.056
    • 指定Density1700
    • 指定Initial Location[0.635 0.028 0.635]
    • 指定Initial Linear Velocity[5 0 0]
    • 点击按钮 Create/Modify 确认参数

相同方式创建其他的15个注入点,一共16个注入点,如下图所示。

Injection Diameter (m) Density (kg/m^3) X-pos (m) Y-pos (m) Z-pos (m) X-vel (m/s) Y-vel (m/s) Z-vel (m/s) X-rot (rad/s) Y-rot (rad/s) Z-rot (rad/s)
0 0.056 1700 0.635 0.028 0.635 5 0 0 0 0 0
1 0.056 1700 1.905 0.028 0.635 0 0 0 0 0 0
2 0.056 1700 1.954363 0.028 0.6635 0 0 0 0 0 0
3 0.056 1700 1.954363 0.028 0.6065 0 0 0 0 0 0
4 0.056 1700 2.003727 0.028 0.692 0 0 0 0 0 0
5 0.056 1700 2.003727 0.028 0.635 0 0 0 0 0 0
6 0.056 1700 2.003727 0.028 0.578 0 0 0 0 0 0
7 0.056 1700 2.05309 0.028 0.7205 0 0 0 0 0 0
8 0.056 1700 2.05309 0.028 0.6635 0 0 0 0 0 0
9 0.056 1700 2.05309 0.028 0.6065 0 0 0 0 0 0
10 0.056 1700 2.05309 0.028 0.5495 0 0 0 0 0 0
11 0.056 1700 2.102454 0.028 0.749 0 0 0 0 0 0
12 0.056 1700 2.102454 0.028 0.692 0 0 0 0 0 0
13 0.056 1700 2.102454 0.028 0.635 0 0 0 0 0 0
14 0.056 1700 2.102454 0.028 0.578 0 0 0 0 0 0
15 0.056 1700 2.102454 0.028 0.521 0 0 0 0 0 0

也可以通过按钮 Read… 读取注入文件 poolballs.pinj,该文件中存储了所有注入点的信息。

  • 进入Collision选项卡,指定以下参数
  • 进入Initialize MPM选项卡,按下图所示标记进行操作
  • 点击Display Injections...打开设置对话框,如下图所示选择Particle ID,点击按钮Display显示颗粒

颗粒如下图所示。

2.4 设置Methods

  • 进入Methods任务页,设置Transient FormulationSecond Order Implicit ,如下图所示

2.5 区域设置

  • 双击模型树节点 Cell Zone Conditions > slate打开设置对话框,取消选项 Source Terms ,如下图所示

2.6 设置残差监控

  • 双击模型树节点Monitors > Residual打开设置对话框,如下图所示设置
    • 取消选项 Plot
    • 设置Convergence Criterionnone
    • 点击 OK 按钮关闭对话框

2.7 初始化计算

  • 双击模型树节点Initialization打开初始化任务页,选择 Hybrid Initialization 进行初始化

2.8 设置执行命令

可以在计算过程中输出颗粒的运动轨迹。

  • 双击模型树节点Execute Commands > mpm1打开设置对话框
  • 修改命令为(display-mpm-injections 'particle-id 0 15),如下图所示
  • 双击模型树节点Execute Commands > mpm3打开设置对话框,确认如下图所示设置

2.9 迭代计算

  • 双击模型树节点Run Calculation打开任务页,如下图所示设置参数
    • 指定Number of Time Steps50
    • 指定Time Step Size0.01
    • 点击按钮 Calculate 进行计算

3 计算结果

计算完毕后会在工作路径下生成一系列图片,可以利用这些图片制作动画以查看颗粒运动轨迹,如下图所示。

同时每个颗粒的运动轨迹数据也会存储在文件particle.csv中,可以提取数据进行后续处理。


(完)



案例相关文件下载链接(基于ANSYS 2024R2版本):

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道

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文章名称:《Fluent案例|利用MPM模型模拟打台球》
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