有不少同學在使用Fluent中的動網格功能時，在網格變形過程中遇到了負體積的問題，這里以一個二維圓柱振蕩的例子來解釋負體積原因，并給出解決的辦法。

1、實例介紹

一個直徑為D=0.5m的二維圓柱實現上下振蕩，振蕩的運動規律下式所示

其中振蕩的幅值為0.5D，f為振蕩頻率，f=5Hz

首先建立網格，之后我們使用Fluent中的動網格功能來實現這一實例。

2、 網格生成

為了方便顯示網格變形過程中的負體積情況，這里建立一個很粗糙的網格（如圖 1所示），第一層網格高度比較大，這樣比較方便看到變形中的負體積情況，當然，本文的目的就是如此，請各位搞學術的同學要認真處理自己的模型。

圖1 建立的圓柱網格

3、編寫運動程序

這個振蕩的程序很簡單，用UDF來控制運動的速度即可，編寫的程序如圖 2所示。

圖2 控制程序

4、動網格及動區域設置

這里使用Fluent19.2版本進行演示，由于老版本在動網格部分的設置有所改變，因此以下將簡單那介紹Fluent 15.0版本的操作過程。

由于我們的主要目的是看負體積的過程及原因，這里已經complied好了UDF，并將中間的圓柱設置為rigidbody來實現上下的振蕩。

動網格Dynamic mesh methods我們先試用Smoothing中的彈簧光順Spring來進行，這在Fluent中算是一類很經典的很常用的方法啦。動網格的默認設置如圖 3所示，默認的，不進行改變，注意這里面的Elements中有三個選項，默認是“All”，意味著彈簧變形對于所有類型的網格單元（二維：三角形、四邊形；三維：四面體、六面體）都打開了，當然，你也可以改變。

圖3 動網格設置

動區域設置如圖 4所示，wall即為中間的這個圓柱，然后這個centerof gravity location指重心位置，一般在旋轉運動中會使用到，這里我們不動它。剩下的Mesh options和Solver options我們都不動它們，下面初始化之后，直接進行動網格預覽，預覽前記得保存case，不然報錯了可就不能動啦。

圖4 動區域設置

5、預覽動網格運動

頻率f=5Hz，周期就是T=0.2s，我們給一個時間步長為T/100，來看看動網格更新的過程。嗯，出現了負體積了。出現了負體積了之后，這個軟件里面的時間就變成了預覽之后的真實時間，必須從新導入之前保存的case data才能重新進行嘗試。

6、負體積的成因

由上面的視頻可以發現，在圓柱運動的過程中，圓柱上方的網格被擠壓的越來越厲害，當圓柱擠壓的程度導致某一些網格線相互重疊交叉，負體積就會出現了，通俗點說就是網格變形的速度跟不上部件移動的速度，導致網格塌陷出現負體積。如圖 5所示，變形后的網格滋到了旁邊的網格里面去了（隨手一畫的）。

圖5 網格變形出現負體積示意

此外，如果網格質量不好，也就是說，本來他質量不怎么好，網格就存在缺陷，存在相互交叉的可能，然后一變形，馬上就壞掉了，因此，網格質量也是一個負體積的原因，要尤其關注生成一套質量高的網格。

7、解決辦法

1)       首先找到負體積的位置

找到負體積出現在哪里，找到病灶，才能治病。有些模型比較簡單，肉眼可見的地方去放大，比如我們這個模型，肯定是在圓柱邊界上方。圖 6為圓柱上方的負體積位置，白色的壁面和綠色的網格先出現了重疊，導致了負體積。

圖6 圓柱上方的負體積位置

對于復雜模型，肉眼不可見就需要通過軟件來標記（mark）負體積的位置，這樣操作：19.2的版本中，GUI找到這樣的設置：Setting updomain>Adapt>Mark/Adapt cells>Iso value adaption，打開如下窗口，在Iso-values of中找到Mesh，下面選擇Cell Volume，然后點Compute，看看當前的網格體積都是什么范圍，這里顯示的是一個負數到正數的范圍，說明有負體積的網格，然后在Iso–Min中輸入負體積最小值，Iso-Max輸入0，點擊Mark就可以標記負體積的網格了。

圖7

然后在Adapt的窗口下面選擇ManageAdaption Registers，出來的窗口中選擇剛剛的Isovalue0點擊Display就出來了。當然，如果再看不清楚，那就點擊右下角的Options把你需要的網格也Draw出來。圖 9為被標記的負體積網格單元。

圖8

圖9 標記的負體積單元

2)       網格變形方法導致的負體積

特別是在老版本中，這個問題比較常見，不合適的網格變形方法會導致負體積的出現，如在15.0版本中，默認的Spring彈簧光順是不支持我們圖中的四邊形網格的，需要通過特別的TUI命令打開，但是在這個19.2版本中又支持了，但是能，可以看到，我們這個變形效果并不是很好。

針對這種問題?？梢試L試使用較大的彈簧光順因子或者換用另外兩種光順方法，比如，這里我們使用對較大變形效果比較好的擴散光順。擴散光順因子在這個高版本中的范圍是[0,3]，不再是之前在老版本中的[0,2]了，哈哈，各位同學自己試一下喲。對于較大的變形，使用較大的光順因子來光順。比如我們這里使用2（如圖 10），來看看新的效果。嗯，很棒。

圖10 擴散光順設置

擴散光順網格變形，湊合看一下啦

當然，第三個線彈性光順也可以使用，具體的區別請參考流沙老師的博客

3)       部件運動速度過快導致的負體積

這個問題請思考上面的負體積成因就可以理解了，如果部件在一個時間步長內運動速度過快，那就超過了網格擴散的速度，也有可能導致負體積，這種情況下，需要把時間步長調小，特別是對于網格尺寸越來越小的時候，要尤其注意這個情況。

 

4)       網格質量導致的負體積

這個的話，請好好調整網格質量吧，可以利用Fluent中的mesh>repairimprovement>repair的TUI命令來進行改善，也可利用他自己的Improve來改善網格質量。

本文轉自梨梨梨梨不開博客，感謝原作者。如有侵權請立即聯系刪除。