本案例利用重叠网格及6DOF模型计算逃生舱下降运动。

本案例包含的内容包括：

• 读取多个网格文件至Fluent求解器，并将网格组装成重叠网格

• 描述利用重叠网格处理非常接近的壁面问题的一般流程

• 编译并加载UDF文件

• 稳态计算并在稳态计算结果的基础上继续瞬态计算

• 重叠网格计算的后处理问题

1 问题描述

如下图所示，从飞行速度0.8马赫的飞行器上投放一个救援吊舱，当吊舱坠落时，其会受到压力、粘性阻力和重力的影响。这些外力会在吊舱上形成力矩使得吊舱沿其中心旋转。初始时刻模型如图所示。

案例采用重叠网格处理吊舱下降时的网格更新，重叠网格方案如下图所示。

2 网格处理

2.1 启动Fluent并加载网格

• 以2D、Double Precision方式启动Fluent

• 利用菜单File → Read → Mesh…读取背景网格文件Overset-background-mesh.msh

2.2 处理interface

背景网格采用了两对interface，需要进行配对处理。

• 鼠标双击模型树节点Mesh Interface弹出设置对话框

• 如下图所示，列表框中选中interface-background-downstream 及interface-downstream-background，设置Interface Name Prefix为downstream-background，点击按钮Auto Create创建interface

• 列表框中选中interface-background-upstream及interface-upstream-background，设置Interface Name Prefix为upstream-background，点击按钮Auto Create创建interface

2.3 读取前景网格

• 选择工具栏按钮Append → Append Case File…，在弹出的对话框中加载前景网格文件Overset-component-mesh.msh

显示网格如图所示。

2.4 创建重叠网格界面

• 右键选择模型树节点Boundary Conditions，点击弹出菜单项Group By → Zone Type对边界进行归类

• 鼠标右键选择模型树节点Overset > overset_boundary，点击弹出菜单项Type → overset将边界类型修改为重叠边界

• 鼠标右键选择模型树节点Overset Interfaces，点击弹出菜单项New…弹出重叠边界创建对话框

• 如下图所示的操作顺序，创建重叠交界面overset-interface

利用TUI命令指定重叠界面的计算参数。

 /define/overset-interfaces/options/donor-priority-method 1
 /define/overset-interfaces/options/expert yes
 /define/overset-interfaces/intersect-all
 /define/overset-interfaces/options/verbosity 2

3 稳态计算设置

3.1 General

保持默认设置。

3.2 Models设置

激活能量方程及SST k-omega湍流模型。

• 鼠标右键选择模型树节点Models > Energy，点击弹出菜单项On激活能量方程

• 鼠标双击模型树节点Models > Viscous弹出湍流模型设置对话框，如下图所示操作顺序激活SST k-omega湍流模型

3.3 Materials设置

• 鼠标双击模型树节点Materials > Fluid > air，弹出材料属性设置对话框，如下图所示，设置Density为ideal-gas，其他参数保持默认设置

• 点击按钮Change/Create修改参数

3.4 Operating Conditions

• 鼠标点击工具栏按钮Operating Conditions…弹出操作条件设置对话框

• 如下图所示，设置Operating Pressure为0

注：材料密度选用ideal-gas时，常设置操作压力为0 Pa。

3.5 Boundary Conditions

1、pressure-inlet

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > pressure-inlet，弹出设置对话框，如下图所示

• 设置Gauge Total Pressure为154419.3 Pa

• 设置Supersonic/Initial Gauge Pressure为101325 Pa

• 其它参数保持默认设置

2、pressure-outlet

• 设置Gauge Pressure为101325 Pa

• 其它参数保持默认设置

3.6 Reference Values

• 鼠标双击模型树节点Reference Values，右侧面板设置Compute from为pressure-inlet，设置Reference Zone为fluid-background，如下图所示

3.7 初始化

• 鼠标双击模型树节点Initialization，右侧面板中选择Hybrid Initialization，点击按钮Initialize进行初始化

3.8 开始计算

• 鼠标双击模型树节点Run Calculation，右侧面板设置选项Number of Iterations为1000

• 点击按钮Calculate开始计算

4 瞬态计算

稳态计算完毕后切换至瞬态计算。

4.1 General设置

• 鼠标双击模型树节点General，右侧面板激活选项Transient

• 设置重力加速度为Y方向-9.81 m/s2

4.2 编译UDF

UDF源文件如下所示，指定了运动部件的质量及转动惯量，同时指定了外力及外力矩。

#include "udf.h"
  
 DEFINE_SDOF_PROPERTIES(store, prop, dt, time, dtime)
 {
     prop[SDOF_MASS] = 5000.;
     prop[SDOF_IZZ] = 5000.;
     if (time <= 0.3)
     {   
         prop[SDOF_LOAD_F_X] = -10000;
         prop[SDOF_LOAD_F_Y] = -80000;
         prop[SDOF_LOAD_M_Z] = -2200.0;
     }
     Message0("nUpdated 6DOF propertiesn");
 }

• 鼠标右键选择模型树节点User Defined Functions，点击弹出菜单项Compiled…打开UDF编译对话框

• 点击Add…按钮添加UDF源文件property.c，点击按钮Build编译UDF，点击按钮Load加载UDF

4.3 设置动网格

• 鼠标双击模型树节点Dynamic Mesh，右侧面板激活选项Dynamic Mesh

• 取消选项Smoothing，激活选项Six DOF

• 点击按钮Settings…弹出设置对话框

• 激活选项Write Motion History，并设置File Name为pod-motion，点击OK按钮关闭对话框

• 鼠标双击模型树节点Dynamic Mesh，点击右侧面板按钮Create/Edit弹出运动区域设置对话框

• 弹出对话框中如下图所示设置，选择Zone Names为component，设置Type为Rigid Body，激活选项Passive，其他设置如下图所示，点击Create创建运动区域

• 选择Zone Names为wall-pod，设置Type为Rigid Body，取消选择选项Passive，其他设置如下图所示，点击Create创建运动区域

4.4 设置自动保存

• 鼠标双击模型树节点Calculation Activities > Autosave，如下图所示，设置Save Data File Every为10，其他参数如图所示设置

4.5 设置计算

• 鼠标双击模型树节点Run Calculation，右侧面板设置

5 计算结果

• 1s时刻压力分布

动画文件太大，这里显示不了，有兴趣的自己在文末链接中下载查看吧。

• 显示轨迹曲线

可以利用6DOF保存的文件pod-motion_store.6dof绘制重心轨迹曲线。下图为X方向与Y方向的重心坐标运动轨迹。

下图为绕重心旋转角度随时间变化曲线。

文件：

https://pan.baidu.com/s/1V2HOXaXv4P4g2ngJsQUuFA

提取码：4rln

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道