【Fluent案例】22：动网格

本案例利用Fluent的动网格功能仿真计算封闭容器内旋转叶片运动下流场分布。

本案例的目的仅为动网格设置演示。案例计算域模型如图所示。

容器直径120 mm，三个叶片的中心均匀分布在距离圆心40 mm的圆周上，叶片长20 mm，宽2 mm，旋转速度40 RPM。

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几何模型

本案例几何采用外部导入方式加载。也可以按照几何尺寸创建模型。

启动Workbench，加载模块Fluid Flow(Fluent)

• 右键选择A2单元格，点击弹出菜单项Import Geometry → Browse…弹出文件选择对话框，选择几何文件ex4-3scdoc

• 双击A3单元格进入Mesh模块

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网格划分

本案例采用Remeshing网格重构，因此划分为全三角形网格。

• 右键选择模型树节点Mesh，点击弹出菜单项Insert → Method

• 属性窗口中设置Geometry为整个二维几何体，选择Method为Triangles

• 右键选择模型树节点Mesh，点击弹出菜单项Insert → Sizing插入网格尺寸

• 选择Geometry为整个二维几何体，设置Element Size为1 mm，设置Behavior为Hard

• 右键选择模型树节点Mesh，点击弹出菜单项Generate Mesh生成网格

• 进行边界命名，将圆形外壁面命名为wall，所有的叶片壁面命名为blades

• 鼠标选中模型树节点Mesh，点击工具栏按钮Update更新网格

• 关闭Mesh模块返回至Workbench工程界面

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UDF准备

本案例的UDF较为简单，只需要利用UDF宏DEFINE_CG_MOTION定义一个刚体角速度即可。程序代码如下：

#include "udf.h"

DEFINE_CG_MOTION(rot,dt,vel,omega,time,dtime)

{  

     omega[2]= 40*3.14*2/60;

}

注意将RPM换算为rad/s。

• 将UDF文件保存为rotation.c，拷贝到..ex4-3_filesdp0FFFFluent，后面要用到。

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Fluent设置

• 双击A4单元格进入Fluent启动界面

• 激活选项Double Precision

• 展开按钮Show Fewer Options，确保Environment标签页下UDF编译环境已经配置完毕

4.1 编译UDF

• 右键选择模型树节点Parameters & Customization > User Defined Functions，点击弹出菜单项Compiled…，弹出UDF编译对话框

• 点击Add…按钮添加UDF源文件rotation.c，点击按钮Build进行编译

• 点击Load按钮加载UDF

4.2 General设置

• 双击模型树节点General，右侧面板中激活选项Transient

4.3 Models设置

• 右键选择模型树节点Models > Viscous，点击弹出菜单项Model → Realizable k-epsilon激活湍流模型

4.4 Dynamic Mesh

• 双击模型树节点Dynamic Mesh，右侧面板中激活选项Dynamic Mesh

• 激活选项Smoothing及Remeshing，点击Settings…打开设置对话框

• 进入Smoothing标签页，设置Method方法为Diffusion，设置Diffusion Parameter为1.5

• 进入Remeshing标签页，点击按钮Use Defaults设置动网格参数，修改参数Size Remeshing Interval为1

注意：

这里利用use Defaults采用的是偷懒的办法。通常设置Minimum Length Scale为模型网格尺寸的0.5~0.6倍，设置maximum Length Scale为模型网格尺寸的1.2~1.5倍，设置maximum cell Skewness为0.5~0.8

• 点击OK按钮关闭对话框

• 双击模型树节点Dynamic Mesh，点击右侧面板按钮Create/Edit…，弹出动网格区域设置对话框

• 设置Zone Names为blades，选择Type为Rigid Body

• 在Motion Attributes标签页中选择Motion UDF/Profile为rot::libudf

• 切换至Meshing Options标签页，设置选项Cell Height为0.001 m

• 点击Create按钮创建动网格区域

• 点击Close按钮关闭对话框

4.5 Initialization

• 右键选择模型树节点Initialization，点击弹出菜单项Initialize进行初始化

4.6 AutoSave设置

• 鼠标双击模型树节点Calculation Activities > AutoSave，弹出自动保存对话框

• 设置Save Data File Every为5

• 选择选项Each Time

• 点击OK按钮关闭对话框

4.6 Animation设置

• 鼠标双击模型树节点Calculation Activities > Solution Animations弹出动画定义对话框

• 设置Storage Type为In Memory

• 点击按钮New Object > Contours弹出云图定义对话框，选择显示速度云图

• 选择列表项contour-1，点击OK按钮完成动画定义

注意：

动画定义并非必须，也可以不定义动画。只要定义了文件保存，在后期可以利用其它后处理软件生成动画。

4.7 Run Calculation

• 双击模型树节点Run Calculation，右侧面板设置Time Step Size为0.005 s，设置Number of Time Steps为200

• 点击按钮Calculate进行计算

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计算后处理

本案例目的为演示动网格设置，计算后处理工作与常规设置并无不同，此处从略。

叶片运动动画如下图所示。

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道