利用CFD軟件解決動網(wǎng)格問題，通常可分為以下兩類：

（1）主動型動網(wǎng)格

主動型動網(wǎng)格問題通常指的是邊界運動規(guī)律及運動狀態(tài)已知，通常可由軟件使用者通過函數(shù)或程序進行描述。在程序計算過程中，求解器調(diào)用邊界運動軌跡描述程序?qū)崿F(xiàn)邊界運動。這類動網(wǎng)格例子很多，如各類泵、風(fēng)扇等。

（2）被動型動網(wǎng)格

還有一類動網(wǎng)格問題，其邊界運動規(guī)律往往是未知的，常常需要通過計算邊界上的力或力矩，以此來求取邊界的運動。在這類動網(wǎng)格計算設(shè)置中，網(wǎng)格變化規(guī)律難以預(yù)料，導(dǎo)致網(wǎng)格參數(shù)經(jīng)常需要進行多次調(diào)整才能達到目的。這類例子在現(xiàn)實中其實也很多，比如風(fēng)力發(fā)電機的葉輪、水輪機等。

解決主動型動網(wǎng)格問題比較容易，利用CFD軟件提供的動網(wǎng)格模擬能力很容易解決。需要關(guān)注的地方是邊界運動后，網(wǎng)格節(jié)點如何重新布置和生成。如在FLUENT軟件中，其動網(wǎng)格主要包括三種網(wǎng)格功能：彈簧光順、動態(tài)層及網(wǎng)格重構(gòu)。利用網(wǎng)格重構(gòu)功能幾乎可以解決所有主動型動網(wǎng)格問題。

那被動型動網(wǎng)格問題怎么處理呢？一般來說，這類邊界的運動都是由于內(nèi)部流體對其壓力所造成的，那么就涉及到力和力矩計算的問題。對于這類問題，在FLUENT軟件中可以采用6DOF模型進行計算。

需要注意的是，以上所有類型動網(wǎng)格計算均建立在邊界為剛性的情況下。即不會計算由于流動產(chǎn)生的力的作用導(dǎo)致的邊界變形。若要計算邊界變形，則需要采用流固耦合方法，利用固體求解器計算。被動型動網(wǎng)格中的力和力矩均是壓力對面的積分計算而來。

1、6DOF UDF宏

在FLUENT中利用6DOF是需要定義UDF宏的。該宏的定義形式如下：

DEFINE_SDOF_PROPERTIES(name, properties, dt ,time ,dtime)

函數(shù)中：

Name：宏名稱

Real *properties：存儲6DOF屬性的數(shù)組

Dynamic_Thread *dt：存儲制定的動網(wǎng)格屬性

Real time：當(dāng)前時間

Real dtime：時間步長

該UDF宏沒有返回值。用戶需要定義的變變量為name、properties、dt、dtime。

在利用該UDF宏的過程中,需要注意的是properties數(shù)組，其包含多種屬性：

SDOF_MASS //質(zhì)量，定義方式如properties[SDOF_MASS]=7.0定義質(zhì)量7kg

SDOF_IXX，SDOF_IYY，SOF_IZZ，//X、Y、Z方向慣性矩

SDOF_IXY，SDOF_IXZ，SDOF_IYZ，//慣性積

SDOF_LOAD_LOCAL，//布爾值，FALSE為全局坐標(biāo)系，TRUE為體坐標(biāo)系（局部坐標(biāo)系），默認為FALSE

SDOF_LOAD_F_X，SDOF_LOAD_F_Y，SDOF_LOAD_F_Z，//X，Y，Z方向外力

SDOF_LOAD_M_X，SDOF_LOAD_M_Y，SDOF_LOAD_M_Z，//分別為X，Y，Z方向外力矩

SDOF_ZERO_TRANS_X，SDOF_ZERO_TRANS_Y，SDOF_ZERO_TRANS_Z，//布爾值，TRUE表示該方向位移為0，默認為FALSE

SDOF_ZERO_ROT_X，SDOF_ZERO_ROT_Y，SDOF_ZERO_ROT_Z，//布爾值，TRUE表示該方向旋轉(zhuǎn)自由度為0，默認值為FALSE

SDOF_SYMMETRY_X，SDOF_SYMMETRY_Y，SDOF_SYMMETRY_Z，//指定半模型的對稱軸法向向量。在半模型運動時使用。

上面的變換變量可以應(yīng)付絕大多數(shù)問題，然而在FLUENT中，用戶還可以自定義變換變量，這也是通過6DOF屬性變量實現(xiàn)，這些變量包括：

SDOF_CUSTOM_TRANS，//布爾值，TRUE表示使用自定義變換變量，FALUSE表示不使用

SDOF_CTRANS_11，SDOF_CTRANS_12，SDOF_CTRANS_13，SDOF_CTRANS_21，SDOF_CTRANS_22，SDOF_CTRANS_23，SDOF_CTRANS_31，SDOF_CTRANS_32，SDOF_CTRANS_33，//坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變量

SDOF_DTRANS_11，SDOF_DTRANS_12，SDOF_DTRANS_13，SDOF_DTRANS_21，SDOF_DTRANS_22，SDOF_DTRANS_23，SDOF_DTRANS_31，SDOF_DTRANS_32，SDOF_DTRANS_33，//衍生旋轉(zhuǎn)矩陣

這些旋轉(zhuǎn)矩陣在實際使用中應(yīng)用較少。

下面是一個簡單的SDOF實例：

#include “udf.h”

DEFINE_SDOF_PROPERTIES(stage,prop,time,dtime)

{

prop[SDOF_MASS] = 800.0;

prop[SDOF_IXX] = 200;

Prop[SDOF_IYY] = 100;

Prop[SDOF_IZZ] = 100;

}

上面的UDF定義了一個名為stage的SDOF宏，且質(zhì)量800kg，X方向轉(zhuǎn)動慣量為200，Y方向轉(zhuǎn)動慣量100，Z方向轉(zhuǎn)動慣量100

2、剛體參數(shù)的獲取

應(yīng)用6DOF無可避免的會碰到剛體屬性值的獲取問題。對于簡單的幾何體，應(yīng)用力學(xué)公式可以很方便的計算出諸如質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量等。但是對于復(fù)雜的幾何模型，要想通過數(shù)學(xué)公式計算出這些物理量幾乎是不可能的。

其實，幾乎所有的CAD建模軟件中均具有這些物理量的計算能力，不過要注意區(qū)分計算的是全局坐標(biāo)系還是局部坐標(biāo)系。

下次將以實例來描述如何應(yīng)用6DOF模型求解被動型動網(wǎng)格問題。