多重參考系
關注創建者：sjktzy 創建時間：2020-04-03
多重參考系的視頻教程
#295-ANSYS FLUENT攪拌器仿真手把手零基礎入門進階有聲解說教程
FLUENT中旋轉機械仿真方法主要有：旋轉坐標系模型（Rotating Reference Frame）、多參考坐標系模型（MRF）、混和平面模型（Mixing Plane）、滑移網格模型（Sliding Mesh）和重疊網格模型(overset)。 其中多重參考系法，與滑移網格法設置幾乎相同，兩者相互轉換容易。
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STAR-CCM+風扇旋轉仿真-移動參考系法
本課程主要講解了采用STAR-CCM+軟件進行旋轉機械的仿真，采用穩態、移動參考系法。主要內容包括如下： ?導入網格 ?縮放網格 ?設置物理模型 ?創建移動參考系 ?設置初始條件 ?創建交界面 ?設置邊界條件 ?設置求解器參數和停止條件 ?可視化求解 ?報告監視和繪圖 ?運行模擬 可視化結果
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多重參考系的實例教程
auth_key=1774799999-0-0-cd746299a9209466dfca1ab7e1f2abe2" alt="圖片1.png" width="582"></p><p class="ql-align-center">多重參考系模型應用示例</p><p><br></p><p> 在處理包含旋轉機械的計算流體力學問題時，<strong style="color: rgb(5, 76, 143);">靜止域與旋轉域動靜干涉邊界的處理</strong>是求解的核心難點。當前工業界針對該類問題的主流處理模型主要分為兩類：瞬態滑移網格模型（Sliding Mesh Model, SMM）與穩態多重參考系模型（Multiple Reference Frame, MRF）。</p><p><br></p><p><strong style="color: rgb(5, 76, 143);"> 瞬態滑移網格模型（SMM）</strong>基于網格的真實物理運動進行非定常求解，能夠<strong style="color: rgb(5, 76, 143);">高保真地捕捉轉子與定子交互時的強瞬態氣動效應</strong>（如尾跡脫落與流場脈動）。然而，SMM 求解嚴格受限于 Courant 穩定性條件，要求極小的物理時間步長。這導致計算資源與時間成本呈指數級增長，難以匹配 SaaS 平臺對高并發與計算結果高效流轉的工程需求。
展開 仿真基本方案：瞬態計算，VOF兩相流，MRF多重參考系法，并對SG滑移網格法的設置形式作了簡單介紹。
可贈送本例ICEM非結構網格劃分的視頻，共約8分鐘；追加有內容好評可贈送添加顆粒視頻（純屬顆粒相演示，未參考實際工況）及CFD-POST處理簡易視頻，共約11分鐘。
，與單一旋轉坐標系模型的區別在于本案例中存在多個坐標系，葉片旋轉區域采用一個旋轉坐標系，其他部分流體域采用另外一個坐標系；
?實際情況是葉片通過旋轉來帶動靜止的水，本案例采用的是流體域旋轉但葉片相對靜止的方式進行近似的穩態計算求解，需要特別注意旋轉部分流體域和葉片的設置；
?此外，需要注意的是，在前處理時，各部分流體域在交界位置是非正則的，需要采用Interface進行數據交互，如果在前處理時就將各部分流體域在交界位置處理成正則的(即各流體域在交界位置共節點)則不再需要使用Interface；
04
討論
?本案例主要目的是介紹MRF多重參考系模型的使用
展開 ，與單一旋轉坐標系模型的區別在于本案例中存在多個坐標系，葉片旋轉區域采用一個旋轉坐標系，其他部分流體域采用另外一個坐標系；
?實際情況是葉片通過旋轉來帶動靜止的水，本案例采用的是流體域旋轉但葉片相對靜止的方式進行近似的穩態計算求解，需要特別注意旋轉部分流體域和葉片的設置；
?此外，需要注意的是，在前處理時，各部分流體域在交界位置是非正則的，需要采用Interface進行數據交互，如果在前處理時就將各部分流體域在交界位置處理成正則的(即各流體域在交界位置共節點)則不再需要使用Interface；
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?本案例主要目的是介紹MRF多重參考系模型的使用
展開 若同時賦予柔性驅動器多重刺激響應性和多重愈合性能，有望使柔性驅動器在不同的使用環境中，可隨時隨地用周邊易獲取的工具進行自愈或驅動，這對拓寬其應用范圍有重要意義。但目前已經報道的具有多重刺激響應性或具有多重愈合性能的柔性驅動器很少，而同時具有兩種多重性能的柔性驅動器幾乎沒有?，F已報道的柔性驅動器大多數都只能通過一種或兩種刺激進行驅動，少數基于熱塑性塑料或水凝膠的柔性驅動器有三種或四種刺激響應性，但其力學性能差或只能在水環境中使用；只有基于動態共價鍵或非共價鍵的柔性驅動器能自愈合，但也只可通過一種或兩種刺激進行自愈合/自修復。制備同時具有兩種多重性能的柔性驅動器仍是很大的挑戰。
近日，清華大學核研院楊洋博士和清華大學化學系吉巖副教授、張瑩瑩副教授制備了基于環氧樹脂類玻璃高分子（vitrimer）和碳化蠶絲的柔性驅動器，該柔性驅動器不僅對4種刺激（光、熱、電、溶劑）具有響應性，同時可用5種刺激（光、熱、電、電磁波、溶劑）進行自愈合/自修復，實現了柔性驅動器同時具有多重響應性和多重愈合的性能，有望使柔性驅動器和復合材料在工業上有更廣泛的應用。
圖1 基于類玻璃高分子和碳化蠶絲的柔性驅動器具有多重刺激響應性（光、熱、電、溶劑）和多重愈合性能（光、熱、電、電磁波、溶劑）
該柔性驅動器是將碳化蠶絲通過簡單熱壓法嵌入類玻璃高分子的表層獲得的納米復合材料。類玻璃高分子是含動態共價鍵的交聯網絡。本研究所用的環氧樹脂類玻璃高分子含有動態酯鍵，在高溫下，快速的酯交換反應使交聯網絡的拓撲結構發生改變，從而使類玻璃高分子不僅在成型后可再加工、重塑形、焊接，還使其具有自愈合的性能。碳化蠶絲由市場上購買的、最普通的平紋編織的真絲面料經過高溫碳化而成。
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當前工業界針對該類問題的主流處理模型主要分為兩類：瞬態滑移網格模型（Sliding Mesh Model, SMM）與穩態多重參考系模型（Multiple Reference Frame, MRF）。
此仿真APP針對常見的四級直葉渦輪攪拌器，應用多重參考系模型進行電加熱攪拌罐內部流場的穩態仿真分析。用戶可通過電加熱攪拌罐內流場仿真APP改變槳葉的尺寸參數、改變流體介質類型、選擇運行工況等，一鍵計算即可得到云圖、矢量、流線等結果。
這個APP主要針對雙級折葉渦輪攪拌器，應用多重參考系模型模擬攪拌罐內旋轉流動的過程及結果。用戶可以根據輸入參數界面修改槳葉的尺寸、數量，流體物性以及運行工況等條件，實現穩態旋轉流場的快速仿真。
通過這個APP，用戶可以輕松地了解工業攪拌機內部流場情況。
Eslamdoost等[11]研究了3種體積力模型在軸流泵中的適用性，其中考慮了導葉、軸向均布體積力和周向體積力的體積力模型與多重參考系法（MRF）相比所得揚程的精度相當，噴口處的局部流場較MRF精度更高。Knight等[12]訓練了一種半經驗算法用于確定非定常螺旋槳體積力。
文章首先對模擬螺旋槳旋轉運動的數值方法進行介紹和算例驗證，包括多重參考坐標系方法、面源法和葉素動量理論方法3種，保證螺旋槳數值模擬和數值設計的準確性和可靠性。其次，對所發展的如下圖所示高性能螺旋槳優化設計方法框架和設計步驟進行介紹和分析，設計過程主要包括螺旋槳槳葉氣動載荷分布獲取，螺旋槳槳葉氣動載荷分布優化設計，以及任意環量分布下的高性能螺旋槳槳葉快速反設計。
在CONVERGE模型中，我們采用了k-ω SST湍流模型，基于速度的自適應網格加密（AMR）以及對運動幾何的多重參考坐標系（MRF）方法。
圖2顯示了實驗和仿真的推力系數、扭矩系數及開放水域效率。
項目使用穩態多重參考系（MRF）方法及k-omega-SST湍流模式對典型的離心式水泵進行仿真。
通過SIMPLE算法實現了壓力-速度耦合。MRF區的轉速為157.08 rad/s（1500轉/分）。
Fluent_案例解析
旋轉機械_水泵
-MRF-多重參考系模型
Fluent 中常用的多運動坐標系模型包括： SMM（滑移網格模型）,MPM(混合面模型)以及 MRF（多重參考系模型）?？紤]到風扇中氣體運動屬于定常流動，所以選擇計算量相對較少的 MRF 基準。
作為旋轉機械仿真中最常使用的模型，MRF 模型計算思路在于：將算法區間分成數個運動相互獨立的子區間，先在各子部分間對流場方程進行求解，通過各部分間的交界面完成流場信息的傳遞。
