6DOF計算小球自空氣中墜入水中

胡坤

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FLUENT中提供了6DOF模型，用于計算剛體在流體域空間的運動行為。該模型除了可以計算剛體模型的平移旋轉等運動規律之外，還可以實時計算剛體模型的受力、加速度以及速度。配合FLUENT強大的動網格能力，利用6DOF模型能夠模擬真實世界中的諸多現象。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，同時監測小球重心的運動規律。

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。所涉及的技術內容完全一致。幾何模型如圖1所示。

圖1 幾何尺寸及模型

圖2 網格

模型尺寸如圖1所示。單位為mm。在CAD軟件中統計小球信息得到：

重心坐標(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默認拉伸厚度為1m，假設小球密度800kg/m^3，因此可以計算小球質量mass=800*5026.548e-6=4.021kg。

2、劃分網格

在ICEM CFD中生成全三角形計算網格，如圖2所示。設定上部邊界為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格，然后將邊界層網格添加至另外的計算域，讓該區域跟隨movingwall一起運動）。然后將模型導出為msh文件。

3、準備UDF

UDF比較簡單，如下所示。采用DEFINE_SDOF_PROPERTIES宏，給質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;

}