【Fluent案例】23：重叠网格

本案例利用Fluent的重叠网格（Overset）功能实现部件的运动。

说明：重叠网格能实现与传统动网格相同的功能，然而却不必担忧会出现负体积。目前最大的缺点可能在网格准备及计算精度上。

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案例描述

如图所示一个长400mm，宽80mm的密闭容器中存在一个直径10mm的小球，其运动轨迹为正弦分布。

小球的运动规律为：

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几何准备

重叠网格与常规计算所准备的模型有所不同，其需要两套计算网格（前景网格与背景网格），因此几何也需要两个重叠的几何体。

• 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New DesignModeler Geometry…进入DM模块

• 在XYPlane上创建一个长400mm，宽80mm的矩形草图，点击菜单Concept → Surface From Sketches创建几何面

• 鼠标选中模型树节点XYPlane，点击工具栏按钮New Sketch创建新的草图

注意：

这里一定要新建草图，否则后面没办法创建新的平面

绘制如下图所示的草图。

• 点击菜单Concept → Surface From Sketches创建新的几何面

注意：

在生成几何面过程中，确保Operating选项为Add Frozen，这样生成的几何体才不会被合并。

• 最终生成的几何如图所示，命名模型树节点分布为foreground及background
  

模型树节点如图所示。

生成的几何体如图所示。

• 关闭DM模块返回至Workbench工作界面

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生成网格

• 双击A3单元格进入Mesh模块

重叠网格基本规则：

为减小计算误差，网格重叠区域的前景网格与背景网格尺寸尽量保持一致。

本案例简单起见，为前景网格及背景网格指定相同的尺寸。

• 右键选在模型树节点Mesh，点击弹出菜单项Insert → Sizing
  

• 属性窗口中设置Geometry为所有几何面，设置Element Size为2 mm

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

提示：

其实也可以在其他外部网格生成软件中分别对两个部件生成网格，之后再在Fluent中组装网格。

按下图所示对边界进行命名。

提示：

图中的ovsetWall边界命名非常重要，在Fluent中要单独为其设置边界条件。

• 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工作界面

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定义区域运动

本例的区域运动采用UDF宏DEFINE_ZONE_MOTION来定义。

• 用任何文本编辑器编写该程序代码后，将其保存到.ex4-4_filesdp0FFFFluent，命名为move.c。

该宏文件可以以解释或编译的形式加载。

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Fluent设置

鼠标双击A4单元格进入Fluent模块，启动过程中激活Double Precision选项

5.1 解释UDF程序

• 右键选择模型树节点Parameters & Customization > User Defined Functions，点击弹出菜单Interpreted…弹出代码解释对话框

• 对话框中点击Browse…按钮，弹出的文件选择对话框中选择文件move.c，点击按钮Interpret解释源代码

• 点击按钮Close关闭对话框

5.2 General设置

• 鼠标双击模型树节点General，右侧面板中激活选项Transient采用瞬态计算

5.3 Models设置

• 右键选择模型树节点Models > Viscous，选择菜单项Model → Standard k-epsilon开启湍流模型

5.4 Cell Zone Conditions

• 双击模型树节点Cell Zone Conditions > contact_region_trg弹出计算域定义对话框

• 修改Zone Name为foreground

• 激活选项Mesh Motion，设置Zone Motion Function为zonemove

• 点击OK按钮关闭对话框

注意：

这里的zonemove即前面定义的udf名称。

• 双击模型树节点Cell Zone Conditions > contact_region_src弹出计算域定义对话框

• 修改Zone Name为background，其他参数保持默认设置

• 点击OK按钮关闭对话框

5.5 Boundary Conditions

• 右键选择模型树节点Boundary > ovsetwall，点击右键菜单Type → overset更改边界类型

提醒：

设置边界为overset边界后，模型树自动添加节点Overset Interfaces

5.6 Overset Interfaces设置

• 右键选择模型树节点Overset Interfaces，点击弹出菜单项New…打开新建重叠交界面对话框

• 如下图所示，设置Overset Interface名称为oversetinterface，选择Background Zones为background，设置Component Zones为foreground，点击Create按钮创建交界面

• 点击Close按钮关闭对话框

5.7 Initialization

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

5.8 AutoSave设置

• 双击模型树节点Calculation Activities > Autosave，弹出设置对话框

• 设置Save Data File Every(Time Steps)选项为1

• 点击OK按钮关闭对话框

5.9 Solution Animations设置

• 双击模型树节点Calculation Activities > Solution Animations，弹出设置对话框

• 设置Record after every为1 Time Step

• 设置Storage Type为In Memory

• 点击按钮New Object → Contours，新建速度显示云图contour-1

• 选中Animation Object列表项contour-1

• 点击OK按钮创建动画录制

5.10 Run Calculation

• 双击模型树按钮Run Calculation，右侧面板中设置Time Step Size为0.05 s，设置Number of Time Steps为120

• 设置Max Iterations/Time Step为40

• 点击按钮Calculate开始计算

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计算后处理

运动情况如图所示。后处理过程与常规计算后处理完全相同。由于本案例重点在于演示重叠网格的建模及设置步骤，因此后处理过程不再赘述。

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道