Fluent 6DOF計算實例詳解

2016-08-19 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

對于被動型動網(wǎng)格計算問題,可以采用6DOF動網(wǎng)格模型解決。利用該模型時,需要確定計算模型中運動部件的質(zhì)量、三方向轉(zhuǎn)動慣量及慣性矩、重心坐標(biāo)。因此在幾何模型創(chuàng)建過程中,盡量使這些值容易獲取(比如將重心位置放置在坐標(biāo)原點),當(dāng)然這不是必須的,在CAD建模軟件中都包含了這些物理量的查詢。

圖 1 旋轉(zhuǎn)體幾何

如圖1所示的幾何體,在受到圖中流動方向的流體作用下,若軸向旋轉(zhuǎn)自由度未被約束,則會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)位移。本次實例幾何如圖1所示。

在建立流體計算域之前,需要利用CAD軟件獲取幾何的特征物理量,我們這里使用Solidworks實現(xiàn)此功能。

1、獲取幾何屬性

利用solidworks載入幾何體,進入【評估】>【質(zhì)量屬性】,選擇幾何體進行計算,如圖2所示。

圖 2 質(zhì)量屬性

在計算幾何質(zhì)量屬性對話框中,可以點擊【選項】按鈕,設(shè)置材料參數(shù),如圖3所示。

圖 3 幾何參數(shù)

從圖2可以看出,該幾何體的重心(0,0,25.19),Z方向慣性矩IZZ=324047.793g*mm^2,由于我們的幾何體約束了X,Y,Z三方向移動自由度,X,Y方向的旋轉(zhuǎn)自由度,因此只需要Z方向的慣性矩。需要注意的是,這里的單位是mm,而UDF中必須全部為國際單位制,需要做單位轉(zhuǎn)換。

2、計算域模型

在workbench中的DM中創(chuàng)建計算域模型。主要是利用DM中方便的布爾運算功能。建立的計算域如圖4所示。

圖 4 計算域模型

為計算域邊界命名,分別命名內(nèi)部區(qū)域面、入口面、出口面、圓柱面邊界為:WallRotation、VelocityInlet、Outlet、wallCylinder。

計算域建立完畢后即進行網(wǎng)格的劃分,這里不詳細(xì)描述。

3、UDF宏的編寫

利用文本編輯器編寫UDF宏文件。如下:

#include "udf.h"

DEFINE_SDOF_PROPERTIES(rotate,prop,dt,time,dtime)

{

prop[SDOF_MASS] = 845.154E-3;

prop[SDOF_IXX]= 336179E-9;

prop[SDOF_IYY] = 336179E-9;

prop[SDOF_IZZ]= 324047.793E-9;

prop[SDOF_ZERO_TRANS_X]=TRUE;

prop[SDOF_ZERO_TRANS_Y]=TRUE;

prop[SDOF_ZERO_TRANS_Z]=TRUE;

prop[SDOF_ZERO_ROT_X]=TRUE;

prop[SDOF_ZERO_ROT_Y]=TRUE;

printf("\nstage: updated 6dof properties");

}

4、進入FLUENT中設(shè)置

在FLUENT中主要包括動網(wǎng)格參數(shù)的設(shè)置。

其他設(shè)置:瞬態(tài)計算、標(biāo)準(zhǔn)K-E湍流模型、標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)、工作介質(zhì)為water、入口5m/s,出口靜壓為0。

動網(wǎng)格設(shè)置:

(1)、激活sixDOF

如圖5所示,進入Dynamic Mesh面板,激活Dynamic Mesh,勾選Remeshing選項及SixDOF項。

圖 5

(2)、動網(wǎng)格參數(shù)設(shè)置

進入mesh methods下的settings按鈕,進入動網(wǎng)格參數(shù)設(shè)置。圖6、圖7分別為smoothing與Remeshing的設(shè)置。

圖6 smoothing面板

圖7 remeshing面板

6DOF中的settings設(shè)置對話框如圖8所示,這里我們不考慮重力影響,設(shè)置三方向重力加速度為0。同時勾選write motion history項,記錄保存運動中幾何姿態(tài)。

圖 8 6DOF設(shè)置

(3)、編譯加載UDF宏

利用菜單【Define】>【user defined】>【function】>【Complied】編譯宏。

圖 9 編譯及加載宏文件

(4)、設(shè)置動網(wǎng)格區(qū)域

動網(wǎng)格設(shè)置面板中,點擊【Create/Edit…】按鈕定義動網(wǎng)格區(qū)域。需要設(shè)置的區(qū)域如圖10所示的紅色框選部分。

圖10 運動區(qū)域設(shè)置

同時注意設(shè)置meshing Options標(biāo)簽頁下的網(wǎng)格高度。

5、需要注意的問題

3D動網(wǎng)格問題,首先要注意的是負(fù)體積問題。前面說過,由于運動狀態(tài)由受力狀態(tài)控制,在計算之前是未知的,所有調(diào)整動網(wǎng)格參數(shù)比較困難。不過仔細(xì)耐心的修正還是可以解決的。

其次,關(guān)于這類被動運動問題,一些模型較為簡單的幾何體,實際上是可以化被動為主動,只是計算壁面受力,運動狀態(tài)通過受力狀態(tài)用UDF確定。比如此例,我們可以在計算過程中通過宏計算出每次迭代加載在重心上的力和力矩,然后通過力學(xué)公式確定幾何體的運動狀態(tài)。這樣被動運動問題就變?yōu)槿藶槎x運動狀態(tài)的主動動網(wǎng)格問題。

這次幾何有點復(fù)雜,計算時間比較長,不過主要用于演示6DOF模型的定義。下次使用簡單的模型進行演示。

開放分享：優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才