FLUENT嵌入式滑移网格实例

Heidiadalheid

[本例内容来源于fluent官方教程]
现实生活中经常存在这样的模型：物体在运动的同时，还包含着旋转。换句话说，即其在公转的同时还存在自转现象。例如运动的割草机，其整体在运动，同时其割草部件在告诉旋转。同样的例子还有很多，比如吸尘器、旋转飞行的足球等等。ANSYS FLUENT13.0之后的版本提供了嵌入式滑移网格模型，允许用户对这一现象进行模拟，从而可以替代动网格，因此在某种程度上保证了网格质量，也不会丧失太多的精度。

图1 几何描述
1、几何描述
本例几何描述如图1所示。本计算域为一个封闭系统，其中包含一个十字旋转区域（直径0.1m），其圆心偏离计算域中心区域在x及y方向上均为0.1m。旋转区域fluid-rotor顺时针旋转速度为2rad/s，旋转区域fluid-circle圆心位于计算域中心，其沿逆时针旋转速度为1rad/s。工作流体为液态水，其密度1000kg/m3，粘度0.001kg/m-s。
2、前期UDF准备
本例需要UDF计算fluid-rotor区域圆心坐标。我们这里利用DEFINE_ZONE_MOTION宏。
程序代码如下：
#include "udf.h"
#define PI 3.141592654
DEFINE_ZONE_MOTION(rotor, omega, axis, origin, velocity, time, dtime)
{
    real theta0, thetap1, omegac, omegar, radr, ox1, oy1;
omegar = -2.0;
omegac = 1.0;

theta0 = PI/4.;
radr = 0.141435;
thetap1 = omegac*(time+dtime);

*omega = omegar;

ox1 = radr*cos(theta0+thetap1);
oy1 = radr*sin(theta0+thetap1);
origin[0] = ox1;
origin[1] = oy1;
origin[2] = 0.0;
}
程序解释：
（1）omegar变量定义为fluid_rotor的旋转角速度，omegac定义为fluid_circle区域的旋转角速度。由右手定则确定旋转方向。
（2）theta0为fluid_rotor的初始圆心位置与计算域圆心间的角度。Radr为fluid_rotor中心到计算域中心的距离。由于本例中fluid_rotor为旋转，因此该半径为定值。
（3）thetap1为在当前时间步旋转的角度。*omega=omegar，此条语句的作用为将速度矢量赋值给omega以传入求解器。
（4）ox1及oy1为计算的当前fluid_rotor圆心位置。并将其值赋值给origin数组。
3、fluent模型设置
导入msh文件，选择瞬态计算，利用starnd k-e湍流模型，采用标准壁面函数。
选择材料为water-liquid，修改密度1000kg/m3，粘度0.001kg/m-s。
设置三区域介质为water-liquid。
4、加载UDF
本例udf可以采用解释型，也可以采用编译型。
【define】> 【user-defined…】>【functions】>【interpreted udfs】，弹出设置对话框，如图2所示。选择创建的udf源文件。点击interpret。

图2 解释udf
4、区域设置
Fluid-outer设置介质为water-liquid，其他保持默认。该区域为静止。
Fluid-circle设置如图3所示。

图3 circle区域设置
勾选mesh motion选项，注意relative to cell zone为absolute，设置旋转速度speed为1rad/s。注意此处选择absolute，表示fluid-circle的绝对旋转速度为1rad/s。
Fluid-rotor区域设置如图4所示。

图4 rotor区域设置
与circle区域设置类似，不过选择relative to cell zone为fluid-circle，表示该区域是相对于fluid-circle区域运动的。同时设置zone motion function为rotor。
5、边界条件设置
本例为封闭系统，为简便起见，壁面采用默认设置，即无滑移壁面边界。
本例需要建立两组interface，即fluid-rotor与fluid-circle之间，fluid-circle与fluid-outer之间。如图5所示。

图5 建立interface对
6、其他设置
Solution methods：压力耦合采用coupled方法。其他采用默认选项。
Solution controls：采用默认设置。
初始化：采用默认设置初始化即可。
动画设置：可以录制速度及压力等物理量云图动画。
时间步长：Δt = (0.0349066 rad) /(2 rad/sec) = 0.0174533 sec，我们假定每时间步旋转2°，即0.0249066rad，以最大速度2rad/s进行计算。时间步数取1800，即旋转10圈。如图6所示。

图6 计算设置

等雨停

博士就是棒，对于新手就需要这样的非常详细用心的实例与讲解。万分感谢楼主的无私奉献！