【技術(shù)】ANSYS FLUENT動(dòng)網(wǎng)格，呈現(xiàn)精彩動(dòng)態(tài)過(guò)程

2016-12-25  by:CAE仿真在線  來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

自然界及工業(yè)應(yīng)用中,隨處可見(jiàn)運(yùn)動(dòng)的物體,即物體相對(duì)于參照物進(jìn)行移動(dòng)或變形,發(fā)生隨時(shí)間和空間而變化的運(yùn)動(dòng)。比如,昆蟲(chóng)煽動(dòng)翅膀、魚(yú)類擺尾游動(dòng)、氣球充氣等常見(jiàn)的動(dòng)態(tài)過(guò)程,氣缸內(nèi)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)、閥門的開(kāi)關(guān)、導(dǎo)彈水下發(fā)射、火箭整流罩分離、子彈出膛、飛機(jī)機(jī)翼擺動(dòng)、儲(chǔ)罐分離、船體運(yùn)動(dòng)和浮動(dòng)平臺(tái)等各行各業(yè)的設(shè)備工作過(guò)程,以及人人熟知的中肺的呼氣與吸氣、動(dòng)脈的擴(kuò)張與收縮等等。這類問(wèn)題有一個(gè)共同的特點(diǎn),就是邊界隨時(shí)間而變化,流場(chǎng)的形狀也隨之而變。

為了直觀形象地再現(xiàn)這些動(dòng)態(tài)過(guò)程,研究變化過(guò)程的細(xì)節(jié),動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。ANSYS Fluent的動(dòng)網(wǎng)格模型提供了豐富的動(dòng)網(wǎng)格技術(shù),可以用來(lái)模擬流場(chǎng)形狀由于邊界運(yùn)動(dòng)而隨時(shí)間改變的問(wèn)題。邊界的運(yùn)動(dòng)既可以是剛性的,也可以是變形的;既可以是預(yù)先定義的運(yùn)動(dòng),也可以是預(yù)先未做定義的運(yùn)動(dòng)。模擬進(jìn)程中,網(wǎng)格的更新由ANSYS Fluent根據(jù)每個(gè)迭代步中邊界的變化情況自動(dòng)完成。

飛機(jī)后緣襟翼動(dòng)態(tài)過(guò)程

動(dòng)脈壁對(duì)心臟壓力脈沖的響應(yīng)

同心筒導(dǎo)彈熱發(fā)射

所以,要實(shí)現(xiàn)動(dòng)網(wǎng)格的模擬,有兩個(gè)關(guān)鍵步驟。

首先要指定邊界的運(yùn)動(dòng)形式,以及參與運(yùn)動(dòng)的區(qū)域。ANSYS Fluent提供了5種運(yùn)動(dòng)形式供選擇:Stationary、Rigid body、Deforming、User Defined、Systemcoupling,涵蓋了邊界運(yùn)動(dòng)的多種方式。

其次,要指定網(wǎng)格更新的方式。ANSYS Fluent提供了三種基本方式,即彈簧式(spring-based smoothing)、動(dòng)態(tài)層鋪式(dynamic layering)和局部重劃法(local remeshing)。每一種方式都有各自的特點(diǎn)和適用范圍,對(duì)某一特定的問(wèn)題,可以選擇最合適的一種或者結(jié)合幾種網(wǎng)格變形方式綜合使用。

• 彈簧式:網(wǎng)格單元和節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系和數(shù)量保持不變,適用于三角形/四面體網(wǎng)格在小范圍內(nèi)的邊界變形。

2D-Spring-Analogy

• 層鋪法:隨著邊界的移動(dòng),單元層生成或消失。單元層可以是四邊形/六面體/四面體類型,適合邊界的線性或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),變形范圍無(wú)限制。

2D-Layering

• 局部重劃法:隨著邊界的移動(dòng),對(duì)扭曲大的網(wǎng)格進(jìn)行重新劃分,單元和節(jié)點(diǎn)的數(shù)量發(fā)生變化,適用于三角形/四面體網(wǎng)格類型,邊界運(yùn)動(dòng)范圍可以很大。

2D-Remeshing

結(jié)合三種網(wǎng)格變形方式模擬的2D氣缸運(yùn)動(dòng)

結(jié)合三種網(wǎng)格變形方式模擬的3D氣缸運(yùn)動(dòng)

此外,現(xiàn)代仿真技術(shù)中多學(xué)科耦合技術(shù)的應(yīng)用日趨普遍,常見(jiàn)的雙向流固耦合(FSI)仿真中,動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)就是必不可少的工具,兩種技術(shù)結(jié)合應(yīng)用可以解決大變形的流固耦合問(wèn)題。

雙向流固耦合模擬的彈性管變形

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