CFD動網(wǎng)格的案例
CFD網(wǎng)格你應(yīng)該了解的常識 附精通CFD動網(wǎng)格工程仿真與案例實戰(zhàn)下載
長寬比應(yīng)該小于100
3.網(wǎng)格的尺度
這里指的是臨近網(wǎng)格的網(wǎng)格尺度不應(yīng)該差的太多，所以要求大尺度網(wǎng)格和小尺度網(wǎng)格應(yīng)該光滑過度，比例一般是1.5-2.而且應(yīng)該做網(wǎng)格自適應(yīng)網(wǎng)格加密。
非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和結(jié)構(gòu)網(wǎng)格
看過很多論壇在討論網(wǎng)格應(yīng)該劃分結(jié)構(gòu)網(wǎng)格還是非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。其實小編就像說一句，如果懶就去畫非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，如果不懶就去劃分結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，畢竟分塊是一個很浩大的工程...
這里再講一下非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的區(qū)別：
1.非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格有四面體網(wǎng)格和多面體網(wǎng)格，四面體網(wǎng)格相對于多面體網(wǎng)格插值快，但是相當(dāng)于六面體插值慢，所以六面體網(wǎng)格的計算速度快。
2.非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的適應(yīng)性好，很多復(fù)雜的模型是只能劃分非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的，當(dāng)然如果你足夠有耐性有技巧，分塊做結(jié)構(gòu)網(wǎng)格也是可以實現(xiàn)的。但是對于某些特定的東西，比如模型的尺度相差很大的，比如油膜，你只能去做結(jié)構(gòu)網(wǎng)格了，非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格根本滿足不了，因為映射會是亂的。
3.如果你的網(wǎng)格和你的流動方向一致的話，六面體網(wǎng)格所帶來的數(shù)值耗散會比四面體/多面體網(wǎng)格好的多。
4.如果流動方向和網(wǎng)格方向不一致的話，那么兩者的數(shù)值耗散是差不多的。
5.六面體網(wǎng)格更能實現(xiàn)網(wǎng)格控制。
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展開 讓網(wǎng)格動起來 | 閑談CFD動網(wǎng)格（附雷神山通風(fēng)設(shè)計案例直播）
當(dāng)然一些求解器（如FLUENT）也支持穩(wěn)態(tài)動網(wǎng)格，這時候可以直接指定節(jié)點位移。
網(wǎng)格節(jié)點速度是通過求解得到的。如6DOF模型基本上都屬于此類，用戶將力換算成加速度，然后將其積分成速度。
對于第一類動網(wǎng)格問題，在FLUENT中通常可以使用profile與UDF進行網(wǎng)格設(shè)置，通過規(guī)定節(jié)點或區(qū)域的速度、角速度或位移等方式，來顯式確定網(wǎng)格的運動，通常大部分的動網(wǎng)格問題都歸于此類。而對于第二類問題，通常涉及到力的計算，力在流體中通常是對壓力進行積分而來。將力轉(zhuǎn)換為速度或位移，一般涉及到加速度、轉(zhuǎn)動慣量等物理量的計算。在FLUENT中，可以使用6DOF模型進行處理，在CFX中，可以使用剛體模型（13.0以上版本才有）。
在FLUENT中，動網(wǎng)格涉及的內(nèi)容包括：
運動的定義。主要是PROFILE文件與UDF中的動網(wǎng)格宏。
網(wǎng)格更新。FLUENT中關(guān)于網(wǎng)格更新方法有三種：網(wǎng)格光順、動態(tài)層、網(wǎng)格重構(gòu)。需要詳細了解這些網(wǎng)格更新方法的運作機理，每個參數(shù)所代表的具體含義及設(shè)置方法，每種方法的適用范圍。
動網(wǎng)格的最終挑戰(zhàn)來自于網(wǎng)格更新后的質(zhì)量，避免負體積是動網(wǎng)格調(diào)試的主要目標(biāo)。在避免負網(wǎng)格的同時，努力提高運動更新后的網(wǎng)格質(zhì)量。
為了進一步提高大家CFD分析能力，
技術(shù)鄰特開展
<CFD技術(shù)助力雷神山醫(yī)院負壓病房通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計—利用Xflow進行氣流組織及污染源擴散分析>
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Fluent技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用實例——王瑞金(含光盤文件)
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精通FLUENT6.3流場分析——李進良(含光盤文件)
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計算流體動力學(xué)分析：CFD軟件原理與應(yīng)用——王福軍
FLUENT14.0超級學(xué)習(xí)手冊——唐家鵬
Fluent高級應(yīng)用與實例分析——江帆
流體流動與傳熱過程的數(shù)值模擬基礎(chǔ)與應(yīng)用——張建文
精通CFD工程仿真與案例實戰(zhàn)FLUENT+GAMBIT+ICEM+CFD+Tecplot——李鵬飛
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CFD網(wǎng)格你應(yīng)該了解的常識
其實小編就像說一句，如果懶就去畫非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，如果不懶就去劃分結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，畢竟分塊是一個很浩大的工程...
這里再講一下非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的區(qū)別：
1.非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格有四面體網(wǎng)格和多面體網(wǎng)格，四面體網(wǎng)格相對于多面體網(wǎng)格插值快，但是相當(dāng)于六面體插值慢，所以六面體網(wǎng)格的計算速度快。
2.非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的適應(yīng)性好，很多復(fù)雜的模型是只能劃分非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的，當(dāng)然如果你足夠有耐性有技巧，分塊做結(jié)構(gòu)網(wǎng)格也是可以實現(xiàn)的。但是對于某些特定的東西，比如模型的尺度相差很大的，比如油膜，你只能去做結(jié)構(gòu)網(wǎng)格了，非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格根本滿足不了，因為映射會是亂的。
3.精通CFD動網(wǎng)格工程仿真與案例實戰(zhàn)文檔下載如果你的網(wǎng)格和你的流動方向一致的話，六面體網(wǎng)格所帶來的數(shù)值耗散會比四面體/多面體網(wǎng)格好的多。
4.如果流動方向和網(wǎng)格方向不一致的話，那么兩者的數(shù)值耗散是差不多的。
5.六面體網(wǎng)格更能實現(xiàn)網(wǎng)格控制。
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版權(quán)聲明：本文為CSDN博主「跟我學(xué)」的原創(chuàng)文章，遵循CC 4.0 BY-SA版權(quán)協(xié)議，轉(zhuǎn)載請附上原文出處鏈接及本聲明。
原文鏈接：https://blog.csdn.net/m0_69812751/article/details/125309458
展開 FLUENT中被動型動網(wǎng)格問題求解方案：6DOF（1）
利用CFD軟件解決動網(wǎng)格問題，通常可分為以下兩類：
（1）主動型動網(wǎng)格
主動型動網(wǎng)格問題通常指的是邊界運動規(guī)律及運動狀態(tài)已知，通常可由軟件使用者通過函數(shù)或程序進行描述。在程序計算過程中，求解器調(diào)用邊界運動軌跡描述程序?qū)崿F(xiàn)邊界運動。這類動網(wǎng)格例子很多，如各類泵、風(fēng)扇等。
（2）被動型動網(wǎng)格
還有一類動網(wǎng)格問題，其邊界運動規(guī)律往往是未知的，常常需要通過計算邊界上的力或力矩，以此來求取邊界的運動。在這類動網(wǎng)格計算設(shè)置中，網(wǎng)格變化規(guī)律難以預(yù)料，導(dǎo)致網(wǎng)格參數(shù)經(jīng)常需要進行多次調(diào)整才能達到目的。這類例子在現(xiàn)實中其實也很多，比如風(fēng)力發(fā)電機的葉輪、水輪機等。
解決主動型動網(wǎng)格問題比較容易，利用CFD軟件提供的動網(wǎng)格模擬能力很容易解決。需要關(guān)注的地方是邊界運動后，網(wǎng)格節(jié)點如何重新布置和生成。如在FLUENT軟件中，其動網(wǎng)格主要包括三種網(wǎng)格功能：彈簧光順、動態(tài)層及網(wǎng)格重構(gòu)。利用網(wǎng)格重構(gòu)功能幾乎可以解決所有主動型動網(wǎng)格問題。
那被動型動網(wǎng)格問題怎么處理呢？一般來說，這類邊界的運動都是由于內(nèi)部流體對其壓力所造成的，那么就涉及到力和力矩計算的問題。對于這類問題，在FLUENT軟件中可以采用6DOF模型進行計算。
需要注意的是，以上所有類型動網(wǎng)格計算均建立在邊界為剛性的情況下。即不會計算由于流動產(chǎn)生的力的作用導(dǎo)致的邊界變形。若要計算邊界變形，則需要采用流固耦合方法，利用固體求解器計算。被動型動網(wǎng)格中的力和力矩均是壓力對面的積分計算而來。
1、6DOF UDF宏
在FLUENT中利用6DOF是需要定義UDF宏的。
展開 CFD專欄丨為什么需要CFD+DEM耦合方法分析顆粒兩相流？
可模擬能量耦合，例如熱的顆粒被空氣冷卻
CFD動網(wǎng)格模擬剛體運動，例如顆粒通過振動的篩子或旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇葉片。
可模擬傳質(zhì)現(xiàn)象，例如在顆粒表面鍍液膜(coating)，或濕顆粒的干燥。
CFD和DEM的模型均支持GPU加速計算，對大模型有顯著加速效果。
AcuSolve和EDEM耦合的三種方法
通常可以認為稀疏相的粒子不影響流場，用單向耦合就足夠了，計算代價小。
如顆粒是密相，顆粒總體積/流體體積遠大于千分之一，則考慮雙向耦合。當(dāng)然這也不是絕對的，主要是看顆粒的存在有沒有顯著的影響流場。
?
第一種方法：單向穩(wěn)態(tài)耦合
顆粒的存在幾乎不影響流場。AcuSolve先完成流場計算后，將穩(wěn)態(tài)結(jié)果導(dǎo)出給EDEM即可。
EDEM接著計算顆粒在穩(wěn)定流場下的運動軌跡。
展開 利用ANSYS DesignXplorer進行優(yōu)化設(shè)計<1>：引子
優(yōu)化設(shè)計是一種現(xiàn)代設(shè)計方法，和常規(guī)連續(xù)變量優(yōu)化不同，CFD模型通常難以將目標(biāo)變量寫成以控制變量表達的精確關(guān)系式。ANSYS DesignXplorer利用響應(yīng)面法進行參數(shù)優(yōu)化。這里不談?wù)撨@些方法的具體原理，只是描述如何使用該方法進行參數(shù)優(yōu)化。在使用該優(yōu)化模塊之前，需要明白一些基礎(chǔ)知識。
1、優(yōu)化的含義
優(yōu)化計算與常規(guī)計算存在很大的差別。這里以一個簡單的實例來描述這兩者的差別。
（1）已知a=3，b=4，問：a+b=?
（2）已知a+b=7，1<a<4，2<b<5問a=?,b=?
第一個問題是我們的常規(guī)計算問題，CFD計算就是這樣，輸入左邊的已知值，根據(jù)已知的運算法則計算右邊的未知值。
而第二個問題，則是我們要講的優(yōu)化問題。雖然并非嚴格意義上的優(yōu)化問題（關(guān)于真正的優(yōu)化模型，可以參看一些專門的優(yōu)化算法書籍），但是已具備其中的形式。其具有的特點在于：已知右側(cè)的值，要篩選出左側(cè)的參數(shù)搭配。
因此優(yōu)化問題的一些術(shù)語定義：
設(shè)計變量：能夠被改變的參數(shù)。問題2中的a與b
目標(biāo)函數(shù)：相對于問題2中的右側(cè)的值，其可以被表述為設(shè)計變量的函數(shù)。
設(shè)計約束：設(shè)計變量的約束值，如問題2中的1<a<4，2<b<5。優(yōu)化問題可以是無約束的。
2、CFD優(yōu)化存在的困難
目前的CFD計算都是常規(guī)計算問題，要求用戶輸入明確的邊界條件、計算模型，然后得到明確的輸出結(jié)果。對于反問題（給定需要的輸出結(jié)果，計算輸入?yún)?shù)）計算，當(dāng)前的CFD軟件則顯得束手無策。利用CFD進行優(yōu)化設(shè)計計算存在的困難主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
（1）CFD計算采用的是歐拉網(wǎng)格。在計算過程中，網(wǎng)格節(jié)點相對是固定的（動網(wǎng)格只能能解決部分邊界運動的問題，實際上CFD優(yōu)化正是基于動網(wǎng)格的，本次不討論），因此廣泛應(yīng)用于有限元優(yōu)化中的拓撲優(yōu)化、形貌優(yōu)化等方法在CFD中難以使用。
展開 Fluent 動網(wǎng)格實例具體操作（上）
在Fluent中，動網(wǎng)格模型可以用來模擬由于流域邊界運動引起流域形狀隨時間變化的流動情況，動網(wǎng)格在求解過程中計算網(wǎng)格要重構(gòu)，例如汽車發(fā)動機中的氣缸運動、閥門的開啟與關(guān)閉、機翼的運動、飛機投彈等等。
CFD中的動網(wǎng)格大體分為兩類：（1）顯式規(guī)定的網(wǎng)格節(jié)點速度。配合瞬態(tài)時間，即可很方便的得出位移。當(dāng)然一些求解器（如FLUENT）也支持穩(wěn)態(tài)動網(wǎng)格，這時候可以直接指定節(jié)點位移。（2）網(wǎng)格節(jié)點速度是通過求解得到的。如6DOF模型基本上都屬于此類。用戶將力換算成加速度，然后將其積分成速度。
在Fluent中，動網(wǎng)格涉及的內(nèi)容包括：
（1）運動的定義。主要是PROFILE文件與UDF中的動網(wǎng)格宏。
（2）網(wǎng)格更新。FLUENT中關(guān)于網(wǎng)格更新方法有三種：網(wǎng)格光順、動態(tài)層、網(wǎng)格重構(gòu)。需要詳細了解這些網(wǎng)格更新方法的運作機理，每個參數(shù)所代表的具體含義及設(shè)置方法，每種方法的適用范圍。
動網(wǎng)格的最在挑戰(zhàn)來自于網(wǎng)格更新后的質(zhì)量，避免負體積是動網(wǎng)格調(diào)試的主要目標(biāo)。在避免負網(wǎng)格的同時，努力提高運動更新后的網(wǎng)格質(zhì)量。
拉格朗日網(wǎng)格(固體有限元計算)
網(wǎng)格
歐拉網(wǎng)格(流體計算)
實例：Profile定義運動
I、參數(shù)說明
本次實例采用的場景來自于流體中高速飛行的物體。如子彈、火箭、導(dǎo)彈等。這里只是為了說明profile在動網(wǎng)格運動定義中的應(yīng)用，因此為了計算方便不考慮高速問題。問題描述如下圖所示：
圖 1 (1為運動剛體，2為計算域)
圖2
計算說明：由于不考慮也沒辦法考慮剛體的變形，因此在構(gòu)建面域的時候，將1中的部分通過布爾運算去除。計算域總長度300mm，其中固體運動最大位移為：
300-40-30-6mm=224mm。
展開 CONVERGE滾動活塞式壓縮機三維CFD分析案例
圖1 CFD模型流體域
左側(cè)為主要外部部件，中間為排氣閥細節(jié)，右側(cè)為對應(yīng)的部件名稱
過去有很多研究者主要對滾動活塞式壓縮機腔室內(nèi)流動做了研究，這些研究表明要計算正確的效率必須準(zhǔn)確模擬各個泄漏途徑。滾動活塞壓縮機的CFD研究包括了壓縮氣體的流通路徑，排氣閥動力學(xué)以及潤滑油的流動等。大多數(shù)包含部件運動的研究都是利用傳統(tǒng)CFD工具的動網(wǎng)格方法。但這些方法需要很長的設(shè)定時間，數(shù)值精度很難保證，因此也無法準(zhǔn)確了解內(nèi)部流動的本質(zhì)。CONVERGE則可以提供更高效和精確的解決方案。
本次研究就使用CONVERGE對滾動活塞壓縮機進行了模擬，并通過和試驗數(shù)據(jù)對比驗證了計算結(jié)果。區(qū)別于其他工具最大的亮點就在于CONVERGE在整合動邊界（包括滾動轉(zhuǎn)子，滑塊，排氣簧 片）運動過程的易用性、簡短的用戶設(shè)定時間以及更高的數(shù)值精度。
仿真方法
本次研究采用CONVERGE專利技術(shù)——基于動態(tài)網(wǎng)格生成的笛卡爾切割網(wǎng)格，即在內(nèi)部主體域為高精度和高穩(wěn)定性的正交六面體網(wǎng)格，邊界附近的切割體網(wǎng)格可以完美保持幾何外形不失真。本案例中轉(zhuǎn)子和滑塊的運動規(guī)律是以曲軸轉(zhuǎn)角的函數(shù)來定義的，如圖2所示。排氣簧 片的運動則是通過beam model動態(tài)計算獲得的。
圖2 通過缸壁軸向中心的截面
質(zhì)量、動量和能量守恒的控制方程基于有限體積單元通過壓力-速度耦合的Pressure-Implicit Splitting of Operator(PISO)方法求解。狀態(tài)方程使用和密度、溫度及壓力相關(guān)的R-410a物性文件計算的真實氣體模型。RNG k-e湍流模型求解湍流效應(yīng)。
展開 [問題討論]使用Python學(xué)習(xí)CFD初級理論系列一數(shù)組操作（7/10）
這里采用的網(wǎng)格是100*100，迭代次數(shù)3000次，如果是真實的CFD計算，網(wǎng)格動不動幾百萬幾千萬，那差距可就海了去了。所以，在利用Python進行數(shù)值密集型計算時，盡可能使用numpy內(nèi)置函數(shù)操作，減少循環(huán)操作是非常有必要的。關(guān)于numpy的具體應(yīng)用，可上其官網(wǎng)查看。
注：本系列教程來自國外一個使用Python進行CFD初級理論學(xué)習(xí)的項目，源項目網(wǎng)址為：http://lorenabarba.com/blog/cfd-python-12-steps-to-navier-stokes/。感興趣的同學(xué)可以去官方主頁了解更多信息。
本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號“CFD之道”，有刪減，感謝源作者。
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