利用6DOF模型計算小球自空氣中跌落水中

2017-01-16 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

FLUENT中提供了6DOF模型,用于計算剛體在流體域空間的運(yùn)動行為。該模型除了可以計算剛體模型的平移旋轉(zhuǎn)等運(yùn)動規(guī)律之外,還可以實時計算剛體模型的受力、加速度以及速度。配合FLUENT強(qiáng)大的動網(wǎng)格能力,利用6DOF模型能夠模擬真實世界中的諸多現(xiàn)象。本例采用6DOF模型,配合VOF多相流模型,計算木制小球自空氣中墜入水中的過程。觀察小球墜落過程中流場變化情況,同時監(jiān)測小球重心的運(yùn)動規(guī)律。

1、模型考慮

真實模型是三維的,這里為了方便起見,采用二維模型考慮。所涉及的技術(shù)內(nèi)容完全一致。幾何模型如圖1所示。

圖1幾何尺寸及模型圖2網(wǎng)格

模型尺寸如圖1所示。單位為mm。在CAD軟件中統(tǒng)計小球信息得到:

重心坐標(biāo)(0,0,0),慣性矩Ixx = 2010619mm^4,Iyy=2010619mm^4,Izz=4021238.5mm^4,面積A=5026.548mm^2。對于平面模型計算,fluent默認(rèn)拉伸厚度為1m,假設(shè)小球密度800kg/m^3,因此可以計算小球質(zhì)量mass=800*5026.548e-6=4.021kg。

2、劃分網(wǎng)格

在ICEM CFD中生成全三角形計算網(wǎng)格,如圖2所示。設(shè)定上部邊界為pressure_outlet,矩形上其它三條邊為walls,小球邊界為movingWall。(此處可以生成邊界層網(wǎng)格,然后將邊界層網(wǎng)格添加至另外的計算域,讓該區(qū)域跟隨movingwall一起運(yùn)動)。然后將模型導(dǎo)出為msh文件。

3、準(zhǔn)備UDF

UDF比較簡單,如下所示。采用DEFINE_SDOF_PROPERTIES宏,給質(zhì)量及三方向慣性矩賦值即可。

#include "udf.h"

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

{

prop[SDOF_MASS] = 4.021;

prop[SDOF_IXX] = 2010619e-12;

prop[SDOF_IYY] = 2010619e-12;

prop[SDOF_IZZ] = 4021238e-12;

}

編譯并load此UDF。

4、sacle計算域

Fluent讀入msh文件,scale網(wǎng)格設(shè)定合適的單位。將網(wǎng)格尺寸及顯示尺寸均設(shè)為mm。如圖3所示。

圖3 Scale Mesh

5、General面板設(shè)置

設(shè)置Time為瞬態(tài)Transient,同時激活重力選項,設(shè)置重力加速度為Y方向-9.81m/s2。如圖4所示。

圖4 general面板設(shè)置

6、模型面板設(shè)置

設(shè)置VOF多相流模型,如圖5所示。設(shè)置body force formulation為Implicit Body Force。

圖5多相流模型

選擇湍流模型為標(biāo)準(zhǔn)k-epsilon模型,采用增強(qiáng)壁面函數(shù)。

6、材料

材料數(shù)據(jù)庫中添加water-liquid。

設(shè)置水為主相,空氣為第二相。如圖6所示。

7、邊界條件設(shè)置

本例中需要設(shè)置的邊界條件為出口邊界。該邊界設(shè)置為壓力出口,靜壓為0。如圖6所示。

圖6出口邊界設(shè)置

同時設(shè)置出口第二相組分為1.即出口全部為空氣。

8、動網(wǎng)格設(shè)置

激活動網(wǎng)格。在Dynamic mesh面板中,激活smoothing與Remeshing方法,同時勾選Six DOF選項。如圖7所示。

圖7動網(wǎng)格設(shè)置

點擊Mesh Methods的Settings進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置面板,在smoothing標(biāo)簽頁下設(shè)置Spring Constant Factor為0.5,進(jìn)入remeshing標(biāo)簽頁,進(jìn)行圖8所示設(shè)置。