1.概念介紹

對于動網格，存在一類問題，邊界的運動并不是人為主動驅動的，而是通過外力如重力、水流被動推動的。這類問題需要使用6DOF方法來求解。6DOF是指物體存在六個自由度，即三個方向的平動和轉動。   

                       

2.模型描述

模型如圖所示，石子用方形邊界wall_in表示，紅色區域為空氣，藍色區域為水。石子尺寸0.04m*0.04m，距水面1m，在重力的作用下，以9.8m/s²的加速度下落，后進入水中。石子在自由落體和水中運動時受到重力和浮力的作用，因此使用6DO模型進行求解。

 

3.基本設置

1) 導入網格：

使用Fluent軟件打開Chapter27.msh.gz網格文件，文件在本文末尾鏈接資源內。

 

 

2) 檢查網格尺寸

General → Scale mesh 確認網格單位為m

 

 

3) 求解器設置

 

由于動網格，必須瞬態；石子自由落體，因此勾選重力，加速度方向為y軸負向，因此為-9.81m/s2

 

 

4.設置計算模型

 

 

涉及到空氣和水，因此使用多相流模型，選擇VOF模型用于捕捉自由液面。其余設置保持默認即可。

 

湍流模型使用標準的k-e模型

 

 

 

5.材料設置

添加液態水材料

在Materials下，單擊Create/Edit...，彈出如下面板。

Materials → Create/Edit...

 

 

單擊Fluent Database，選擇water（liquid），單擊copy，然后單擊close，water材料添加成功

 

6.邊界條件

單擊信息樹Boundary Conditions，

 

所有邊界均設置為wall邊界

 

 

7.設置動網格

 

單擊信息樹Dynamic Mesh，勾選Dynamic Mesh，

 

 

1) Smoothing和Remeshing設置：

在Mesh Methods欄下勾選Smoothing和Remeshing，單擊Settings，勾選Diffusion（關于擴散光順的使用，詳見chapter），具體參數保持默認。

 

在上述界面選擇Remeshing，勾選Local Cell，Parameters下點擊Default，并將Maximum Length Scale欄的0.079311改為0.059311，(該參數意義詳見chapter二十三、動網格Smoothing Diffusion方法及實例)，單擊ok

 

 

 

2) 6DOF設置：

在Dynamic Mesh界面的Options欄勾選Six DOF，點擊單擊Settings，彈出如下界面。

 

y方向設置-9.81m/s2重力加速度。

單擊Create/Edit，彈出6DOF屬性設置界面

 

Name輸入stone，勾選One DOF Translation，只進行平動，One DOF-Direction在y欄輸入1，表示只在y方向平動。單擊Creat。此例自由落體的6DOF不需要使用UDF設置，一般復雜的6DOF需要使用UDF設置，UDF能夠使用更加復雜的功能。

 

3) Dynamic Mesh Zone設置：

 

 

在Dynamic Mesh Zone欄下，單擊Create/Edit，彈出運動邊界設置。

 

Zone Names選擇wall_in，Type選擇Rigid Body，其它保持默認設置。單擊Create，生成運動區域。

 

 

 

8.求解方法

 

 

監視器設置

Solution → Reports → Definitions → New → Surface Report → Mass Flow Rate

創建一個監視器，用于監控出口流量

 

 

Name名稱任意，勾選Report File、Report Plot和Print to Console。Report File表示生成一個用于存儲出口流量數據的文件，Report Plot表示窗口顯示流量曲線圖，Print to Console表示流量數據會在控制面板打印出來。

 

Solution Controls設置保持默認

 

9.初始化

 

1) 標準初始化

選擇標準初始化，為了進行patch water區域，在water Volume Fraction輸入0，其他的默認，單擊Initialize，完成初始化。

 

2) 標記patch Region

下面需要進行patch操作，在patch之前需要標記要patch的區域

Domain-Adapt-Refine/coarsen-cell registers-New-Region

 

 

 

 

至此，與17.0版本界面相同。

 

按上圖輸入數值，x min和y min輸入-1，x max輸入1，y max輸入0，單擊save/Display可顯示標記的計算域下半部分區域。

 

3) Patch water區域

在初始化界面下單擊patch，只有初始化之后，patch按鈕才可用

按上圖設置，Phase選擇water，Variable選擇Volume Fraction，Value輸入1，Registers to Patch選擇剛才標記的區域region-0。注意，不要選擇surface。單擊patch。此時計算域下半部分為液相區。

 

通過Results-Graphics-Contour可查看patch之后的相分布，若patch操作正確，則相分布應如下圖。

 

 

10.動畫設置

Solution-Calculation Activities-Solution Animations

 

雙擊Solution Animations，彈出動畫定義界面

 

更改Name為phase-animation，單擊New object-Contours建立相云圖，彈出如下界面

 

將Contours of設置為phases，選擇Volume fraction，phase選擇air。表示顯示空氣相體積分數云圖。單擊Save/Display，保存此云圖。

 

回到上一界面，選擇剛才建立的云圖，單擊OK，則計算過程中每1個時間步，就會保存一個HSF文件用于生成動畫。

 

 

 

11.計算設置

設置計算步長150步，時間步長為0.008s。單擊Calculate進行計算。

 

12.相云圖動畫

Results-Animations-playback

 

 

 

 

 

 

源文件鏈接：

鏈接：https://pan.baidu.com/s/1Z5dHlOAKkFvtTCNpTdDcnQ

提取碼：siwg