動量源
關注創建者：聽雨頌 創建時間：2020-03-16
動量源的實例教程
wx_fmt=jpeg" width="100%"> </p><p><br></p><p><strong>3.2 動量方程</strong></p><p><br></p><p>前文提到了融化凝固模型將糊狀區域（部分凝固區域）視為多孔介質。每個單元中的孔隙率設置為等于該單元中的液體分數。在完全凝固的區域中，孔隙率等于 0，流體速度為0。動量源項如下：</p><p><br></p><p> <img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/8tJMdLVYZy9PS7YGOK13P6cCoOib5JlHszlDpBTNLBQprviafMPGLErarSicib0C4ZrqXbs5a0ibewVAMMlUNyDje1A/640?wx_fmt=jpeg" width="100%"> </p><p>Fluent使用添加動量源項的方式來模擬融化或凝固過程的流動狀態</p><p><br></p><p><br></p><p>數學主要介紹能量方程和動量方程，讓大家對融化凝固模型的內部機理有一定的了解，詳細的可查看Fluent幫助文檔，里面詳細還介紹了湍流方程及組分輸運方程。</p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p>微信公眾號：Fluent學習筆記，歡迎大家關注，可免費獲取文章的cas及dat文件和更多幫助文件</p><p><br></p><p><br></p><p><br></p>
展開 接fluent流固耦合，氣液，氣固兩相流，pbm氣泡碰撞，破碎，pbm顆粒碰撞長大，udf碰撞機理，動量源，質量源，能量源，顆粒壁面吸附，初始化溫度場，流場相關udf等。
廣義動量源包括：機械平移運動的動量、機械轉動的角動量和電學系統的磁鏈。
下表給出了廣義運動元變量和廣義作用源變量的對應關系。
系統組成
將機械系統和電學系統中構件根據在系統中對能量的作用分為
（1）能量儲存元件。表示為理想感元和理想容元。
（2）能量耗散元件。表示為理想耗元。
（3）能量轉換元件。表示為理想換能元。
（4）能量源。能量源為系統提供能量。表示為理想能量源。
其中能量轉換元件，如電學系統中的變壓器，機械系統的齒輪組。
1.理想感元
在機械平移運動中，質量為理想感元。在機械轉動中，轉動慣量為理想感元。在電學系統中，電感為理想感元。
2.理想容元
在機械平移運動中，彈簧為理想容元。在機械轉動中，扭轉彈簧為理想容元。在電學系統中，電容為理想容元。
3.理想耗元
在機械平移機構中的阻尼器為理性耗元，例如輪胎的阻尼。機械轉動中的轉動阻尼為理性耗元。電學系統中的電阻為理性的耗元。
4.能量源
（1）理想能量源
包括機械平移運動的力，機械轉動的力矩，電學系統中的電壓源和電流源。
（2）受控能量源
機械系統中的摩擦便是一種受控能量源，因為摩擦是相對運動速度的函數，電學系統中的二極管、三極管、MOSFET也是一種受控能量源，是電流的函數，這一類元件可以放在一起建模分析。
下面給出機電系統的變量對應關系表，如下表所示。
拉格朗日方程
拉格朗日方程可以分為第一類拉格朗日方程和第二類拉格朗日方程。
展開 在電磁流計算中，往往需要將電磁場的計算結果電磁力的分布加載在流場計算域內；或者需要單獨加載某區域內的質量源。首先需要將電磁力處理成CFX用戶程序可識別的CSV格式文件，導入到CFX中，然后設置子域動量源，數據會按照插分方法分布到各個位置上。
以下是CFX可識別文件的格式。
[Name]
djz
[Spatial Fields]
X, Y, Z
[Data]
X [ m ], Y [ m ], Z [ m ], Force X [ N/m^3 ], Force Y [ N/m^3 ], Force Z [ N/m^3 ]
,,,,,
,,,,,
這些數據CFX軟件通過采用“點云圖”的方法來實現插分。整個過程包括對被插分點最近的三個原始數據點的快速定位，以及根據它們離被插分點距離遠近的一個反向加權的平均過程。在求解過程當中，根據離散和數值積分過程的具體要求，求解器需要各個不同位置上的值，比如在積分點上，節點上和各個面的中心點上。在所有的情況下，這個需要的位置都會被確定，原始的數據就會被插分到該位置。
展開 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。
CFX_Vel.rar
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。
這是網格運動，可以看出來，CFX12 采用了三種方式的網格分別描述 活塞貼壁，活塞距離壁很近，和活塞遠離壁面時的運動狀態，分別稱作seated unseated 。
這是CFX12 Remesh設置的部分，外部調用了ICEMCFD進行網格重新劃分，可以靈活控制復雜構型，而且不會產生負體積，可以采用大的時間步長。這也是一種全新的動網格思路，和Fluent的求解過程中Remesh方法遙相呼應。
這是整個設置的界面，可以看出，CFX12先求解seated狀態下的流動，然后過渡到unseated狀態下求解，分別采用了兩套網格。
mesh.rar
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風扇散熱屬于強迫對流換熱的一種，其本質是以風扇作為動量源，強化流-固接觸面的對流換熱效應，高效帶走固體表面的熱量，以達到控制溫升、提高元器件熱可靠性的效果。
源項: 可以通過UDF定義能量源、動量源或質量源等，模擬復雜的物理和化學反應。
4. 初始化條件: UDF可以用于設置計算的初始條件，確保仿真從合適的初態開始。
5. 調節和調整: UDF允許在每次仿真迭代中對流體域內的變量進行調整或修改，以滿足特定的計算需求。
3. UDF的實現步驟
1.
宋長江等[13]采用葉素理論，對類似于水下導管螺旋槳的空氣涵道尾槳開展了動量源法CFD分析，結果顯示槳的推力值與試驗值基本吻合。
當前，有關體積力法的改進研究層出，但聚焦于水下導管螺旋槳體積力法適用性及改進方法的研究較少。探究適用于導管螺旋槳的體積力法有利于在保證宏觀運動精度的前提下提高水下航行器操縱運動模擬的效率。
針對
CFD
計算中風扇旋轉帶來的計算網格更新問題，發展了嵌套網格方法、
MRF
滑移網格方法和動量源方法
。通過理論分析與試驗研究，業界對影響涵道風扇氣動性能的設計參數及耦合關系有了更深刻的認識，設計參數主要包括涵道直徑、涵道長度、槳盤實度、槳葉型面、涵道唇口半徑、槳尖間隙、涵道出口擴張角等。
2.運動源變量
運動源變量包括廣義作用源和廣義動量源。兩者之間的關系為
廣義作用源包括：機械平移運動的作用力、機械轉動的轉矩和電學系統的電壓。廣義動量源包括：機械平移運動的動量、機械轉動的角動量和電學系統的磁鏈。
下表給出了廣義運動元變量和廣義作用源變量的對應關系。
動量源項如下：</p><p><br></p><p> <img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/8tJMdLVYZy9PS7YGOK13P6cCoOib5JlHszlDpBTNLBQprviafMPGLErarSicib0C4ZrqXbs5a0ibewVAMMlUNyDje1A/640?
Amush就是動量源項的一個系數。</span></p><p><br></p><p>關于融化凝固理論問題，內容較多，下一章會詳細講述。</p><p><br></p><p>如果使用了組分輸運模型，那么融化凝固模型的界面如下。
wx_fmt=png"></p><p><br></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">多孔介質模型主要是對流動阻力產生影響，因此其會在動量方程中添加動量源項來充當阻力。</span></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">x方向上的動量源項為下圖，第一項為粘性損失項，第二項為慣性損失項。
</strong></p><p><strong>x方向上的動量源項為下圖，第一項為粘性損失項，第二項為慣性損失項。y方向和z方向同理，當為各向異性時，各方向上的粘性阻力系數可互不相同，慣性阻力系數也可不同。
2.2.2 MRF 域方法
MRF 域通過穩態方法進行風扇模擬，該方法需要扇葉詳細的CAD 數據，需將旋轉區域單獨分割，與其他區域進行interface 連接，其網格并非真實運動，通過旋轉坐標系體現風扇旋轉區域的效果，把動量源加載到葉片轉動所掃過區域的網格。
