活塞運動的流固耦合模擬

這里將會破解他們是如何在CFX中實現閥從完全關閉到打開的過程，解除ansys在技術上的一些鎖死。原文作者的原話如下：  

當流體模型包括幾何運動－例如轉子壓縮機，齒輪泵，血液泵或者內燃機－就要求網格的運動。運動網格的策略涵蓋了每個可以想得到的運動。特別是在流固耦合計算中涉及固體在流體中的大變形和大位移運動，ANSYS CFX結合ICEMCFD實現外部網格重構功能，用來模擬特別復雜構型的動網格問題并不會產生壞的網格單元，這種運動可以是指定規律的運動，比如汽缸的活門運動事件，也可以是通過求解剛體六自由度運動的結果，配合ANSYS CFX的多構型（Multi-Configuration）模擬，可以方便處理活塞封閉和邊界接觸計算。而且，對于螺桿泵、齒輪泵這種特殊的泵體運動，ANSYS CFX開發了獨特的浸入固體方法（immersed solids）不需要任何網格變形或重構，采用施加動量源項的方法來模擬固體在流體中的任意運動。基于以上兩種動網格策略，用戶可以方便地解決任意復雜的動網格問題。這是CFX 12新增的動網格功能。這里我想描述一下Multi-Configuration and 

Remeshing 的功能。下面是一個帶彈簧的活塞1自由度運動，當壓力大于彈簧力時，活塞上移，活塞一開始處于封閉狀態的，這也是目前CFD網格技術的瓶頸，但是CFX12 在處理這種問題上獨辟蹊徑，采用多構型和網格重劃分結合的辦法有效解決這一難題。 

   下面我們會開始模擬這個過程。在CFD中無法模擬閥由完全關閉到開啟的過程，因為這個過程需要由面網格拉伸出體網格才可以實現，在CFX中我們可以通過Multi-Configuration來實現這個過程，而閥一旦開啟后，剩下的即可通過remeshing功能來不斷改善網格輕松模擬出來。 

   我們需要準備2套網格和2個ICEM的rpl文件，2套網格分別用于閥關閉和開啟2種模擬，而2個rpl文件用來進行結果網格和非結果網格的remeshing。具體如下：（SST湍流模型、air idea gas、inlet/outlet opening）   

首先是閥完全關閉的模擬，使用的網格如下：

我們可以看出網格的inlet和outlet不在一個域內，這樣在求解時會有孤立區域，求解自動停止，所以我們需要設定在求解過程中允許存在孤立區域： 

 

關閉時的具體定義：（進口壓力是隨時間增加的） 

 

瞬態分析：

 

在閥受到的力大于設定值時，閥門開啟，轉入unstated分析：

 

閥門開啟后： 

在閥的開度非常小時，對模型劃分非結構網格將會很困難，所以在開度非常小時，我們使用結構網格進行模擬，開度達到我們設定的值時，轉用非結構網格進行模擬。（制作它們的rpl文件，用于remeshing）

 

動網格設置，這里只是做個基礎的說明，可以通過wall distant參數讓網格變形更均勻。 

 

閥的運動：

 

進行結構網格和非結構網格的remeshing

 

調用ICEM進行網格的重構：

結果：

 

歡迎關注微信公眾號：FESIM有限元分析