運動重疊網(wǎng)格技術(shù)的案例
STAR-CCM+案例救生艇 | 應(yīng)用重疊網(wǎng)格技術(shù)模擬救生艇落水
本文主要利用重疊網(wǎng)格技術(shù)模擬救生船落水過程。 首先看模擬的效果：
問題描述
問題示意圖如下圖所示。救生艇以如下形態(tài)落入水中，請問如何利用CFD模擬該過程？其實，H.J.Morch等人在2008年的時候就對這個問題進(jìn)行過實驗研究，這里我們利用CFD技術(shù)模擬這個過程。
幾何模型
這個問題涉及的幾何模型包含兩個幾何實體，分別是背景流體區(qū)域和重疊網(wǎng)格區(qū)域，具體如下圖所示。
STAR-CCM+設(shè)置
創(chuàng)建計算域并設(shè)置邊界類型
新建一個仿真文件；
選擇File > Import > Import Surface Mesh...
以單元為中心的重疊網(wǎng)格系統(tǒng)的雙網(wǎng)格插值
作者Cadence CFD 解決方案
概述： 對于以單元為中心的 CFD 流動求解器，使用連通性信息在重疊域中進(jìn)行插值通常會使用最小二乘法來確定插值權(quán)重。使用最小二乘法產(chǎn)生的權(quán)重不受 0 和 1 之間的限制。因此，插值可能是非單調(diào)的，并且會在解中引入新的極值，這會給 CFD 解帶來困難。使用連接原始單元中心以形成雙網(wǎng)格單元的雙網(wǎng)格插值可以與三線性插值一起使用以產(chǎn)生介于 0 和 1 之間的權(quán)重。全局的雙網(wǎng)格方法，其中單個網(wǎng)格連接所有單元格中心，其存儲成本可能很高。在使用一組局部對偶網(wǎng)格時，其中每個原始網(wǎng)格元素都有一個獨立于相鄰局部對偶的關(guān)聯(lián)局部對偶網(wǎng)格，可以通過僅加載插值所需的局部雙網(wǎng)格集來減少內(nèi)存需求。在本文中，將使用最小二乘插值權(quán)重的可壓縮 CFD 解決方案與使用全局雙網(wǎng)格插值權(quán)重的解決方案進(jìn)行了比較。這些結(jié)果表明，使用最小二乘插值權(quán)重的非單調(diào)插值會導(dǎo)致解不穩(wěn)定。當(dāng)使用雙網(wǎng)格插值權(quán)重時，觀察到 CFD 解更穩(wěn)定。這些結(jié)果表明，使用最小二乘插值權(quán)重的非單調(diào)插值會導(dǎo)致解不穩(wěn)定。當(dāng)使用雙網(wǎng)格插值權(quán)重時，觀察到 CFD 解更穩(wěn)定。這些結(jié)果表明，使用最小二乘插值權(quán)重的非單調(diào)插值會導(dǎo)致解不穩(wěn)定。當(dāng)使用雙網(wǎng)格插值權(quán)重時，觀察到 CFD 解更穩(wěn)定。
介紹
重疊或嵌合網(wǎng)格方法利用一組重疊網(wǎng)格來離散化解決方案域。組件網(wǎng)格可以在不考慮幾何體其他部分的情況下進(jìn)行擬合，并且可以在很大程度上簡化網(wǎng)格生成過程。結(jié)果是一個靈活的計算模擬框架，可以在許多情況下成為推動力。它已被廣泛用于簡化復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成要求。使用重疊網(wǎng)格系統(tǒng)也是模擬相對運動物體的一種很有前途的解決方案，例如從飛機(jī)和旋翼飛機(jī)上掉落的油箱。
在確定重疊復(fù)合網(wǎng)格系統(tǒng)上的流動解決方案時，點模板和定義插值權(quán)重的方法是關(guān)鍵因素。
展開 OpenFOAM-v1706中重疊網(wǎng)格的網(wǎng)格操作流程
CFD在船舶與海洋工程中的發(fā)展一直受困于動網(wǎng)格技術(shù)。在實際工程問題中,船體上會有螺旋槳、舵等活動附體。這些附體對船的運動具有很大的影響。傳統(tǒng)的動網(wǎng)格方法很難同時處理船、槳、舵三者間的耦合運動。重疊網(wǎng)格方法可以有效的解決這類問題。重疊網(wǎng)格能夠有效解決船、槳、舵相互配合等復(fù)雜問題的計算。它可以打破物體與網(wǎng)格之間的約束關(guān)系,使船體在自由面上擁有六自由度運動的同時,讓各類附體相對于船體自由地轉(zhuǎn)動。
1 關(guān)于重疊網(wǎng)格的網(wǎng)格操作流程
以overInterDyMFoam 中的floatingBody Case為例簡單介紹重疊網(wǎng)格的網(wǎng)格操作流程。
算例所在目錄為tutorials/multiphase/overInterDyMFoam/floatingBody
因為overmesh的原理是使用兩套網(wǎng)格，并通過overset區(qū)域進(jìn)行插值傳遞信息。因此算例目錄中有background 和 floatingBody 兩個文件夾。首先我們通過兩個文件夾下的Allrun.pre文件可以看到其在每個文件夾中的操作流程。簡單說floatingBody只進(jìn)行了浮體網(wǎng)格的設(shè)置和邊界名稱的設(shè)置。通過`mergemeshes`命令可以將floatingBody 中生成的網(wǎng)格文件merge到background的網(wǎng)格中，剩下的操作都在background文件夾中進(jìn)行。
展開 活塞運動動網(wǎng)格技術(shù)（鋪層法）
問題描述：活塞壓縮
01 分析模塊
02 建立模型
03 劃分網(wǎng)格
04 定義物理模型
05 定義材料
06 定義流場材料類型
07 定義邊界條件
08 定義速度和動網(wǎng)格
09 求解方法，求解控制，監(jiān)控，都按默認(rèn)設(shè)置
10 初始化
11 求解
12 后處理
huosai.7z
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Fluent VOF+重疊網(wǎng)格 圓柱入水（一）
本案例利用Fluent中的VOF模型和重疊網(wǎng)格技術(shù)，對水平圓柱以恒定速度入水問題進(jìn)行了仿真計算。
以miao實驗為例，展開砰擊系數(shù)的計算。該案例僅作簡單介紹，后續(xù)可以運用到小球自由落體入水、船舶出入水、水上飛機(jī)出入水等多種案例的計算。
1 workbench 設(shè)置
1.1 選擇以下三個模塊進(jìn)行流體計算
2 SCDM 設(shè)置
2.1 導(dǎo)入幾何
依據(jù)相關(guān)實驗進(jìn)行幾何劃分，具體尺寸如下圖。
3 FLUENT 設(shè)置
3.1 General設(shè)置
由于是瞬態(tài)態(tài)求解問題，此處設(shè)置為穩(wěn)態(tài)計算模式。并開啟相關(guān)的重力選項。
3.2 網(wǎng)格導(dǎo)入
由于運用了重疊網(wǎng)格技術(shù)，因此導(dǎo)入方式有所不同。
首先導(dǎo)入背景網(wǎng)格，其次導(dǎo)入前景網(wǎng)格，前景網(wǎng)格導(dǎo)入方式如下圖。
3.3 材料定義
本案例模擬圓柱入水，因此選擇的材料為水。
3.4 模型設(shè)置
并開啟VOF多相流模型。VOF模型設(shè)置如下，并開啟表面張力，水的表面張力系數(shù)定義為常數(shù)0.072。
湍流模型選擇k-e模型。
3.5 圓柱運動設(shè)置
對前景網(wǎng)格進(jìn)行運動設(shè)置，采用網(wǎng)格運動的方式，本案例以實驗中的0.5124m/s展開計算。具體的輸入如下圖所示。
3.6 邊界條件設(shè)置
此處進(jìn)行邊界條件設(shè)置，上邊界設(shè)置為壓力出口，下邊界設(shè)置為速度進(jìn)口。前景網(wǎng)格外邊界設(shè)置為overset邊界。
3.7 初始化設(shè)置
首先進(jìn)行初始化設(shè)置，此處采用標(biāo)準(zhǔn)初始化，相2的體積分?jǐn)?shù)設(shè)置為1。
然后進(jìn)行局部初始化設(shè)置，局部初始化前對水域進(jìn)行網(wǎng)格標(biāo)記，標(biāo)記方式如下圖。
標(biāo)記成功后進(jìn)行局部初始化的設(shè)置。
3.8 計算設(shè)置
進(jìn)行初始化后，設(shè)置時間步長0.0001，計算步5000步。
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FLUENT動網(wǎng)格案例之十三：投彈算例的重生成算法與重疊網(wǎng)格算法比較 ￥299
投彈算例的重生成算法與重疊網(wǎng)格算法比較
基于動網(wǎng)格重生成算法的投彈設(shè)置資料很多，這里不再詳細(xì)說明。
動畫效果如下：
在Fluent最新版本中提供了另一種模擬運動邊界的算法，即overset重疊網(wǎng)格算法。
重疊網(wǎng)格設(shè)置步驟
仿真計算結(jié)果
文件列表
Fluent 重疊網(wǎng)格的使用
actid=20170104
網(wǎng)絡(luò)研討會介紹：
Fluent 重疊網(wǎng)格的使用講座內(nèi)容主要介紹重疊網(wǎng)格基本理論、fluent重疊網(wǎng)格的基本設(shè)置、求解、后處理及相關(guān)案例介紹。
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STAR-CCM+ | 重疊網(wǎng)格：羅茨鼓風(fēng)機(jī)
網(wǎng)格預(yù)覽
一般情況下，在計算開始前要先預(yù)覽下重疊網(wǎng)格運動是否正確，預(yù)覽步驟如下：
創(chuàng)建一個新的物理連續(xù)體，并將其重命名為
Mesh Preview Continuum；
選擇物理模型如下圖所示；
同時選中
BG、
Lobe1和
Lobe2三個區(qū)域，將物理連續(xù)體修改為上面創(chuàng)建的
Mesh Preview Continuum；
點擊快捷工具欄中的
Run，即可預(yù)覽重疊網(wǎng)格的運動效果；
預(yù)覽完成后，停止迭代計算，然后在把
BG、
Lobe1和
Lobe2三個區(qū)域的物理連續(xù)體切換為
Physics 1；
在主菜單欄中點擊
Solution >
Clear Solution，然后點
OK，重疊網(wǎng)格會回復(fù)原狀。
計算結(jié)果
設(shè)置好監(jiān)測場景就可以開始計算了，時間步長設(shè)置為4e-4 s，內(nèi)迭代步數(shù)為10步，總物理時間為1 s。點擊快捷工具欄中的Run按鈕開始計算，計算完成，得到羅茨鼓風(fēng)機(jī)的流場隨時間變化如下圖所示。
文章來源：CFD日志
展開 
基于fluent重疊網(wǎng)格計算四旋翼無人機(jī)懸停及巡航狀態(tài)(含fluent設(shè)置視頻及網(wǎng)格、結(jié)果文件） ￥80
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Fluent實用案例 | 重疊網(wǎng)格UDF撲翼機(jī)氣動仿真
本案例利用Fluent重疊網(wǎng)格與UDF,對撲翼機(jī)的氣動特性展開仿真。該案例所用模型為假設(shè)模型，僅作計算設(shè)置參考。通過此案例后續(xù)可以對進(jìn)一步添加udf代碼與更換模型，實現(xiàn)更為復(fù)雜的撲翼機(jī)運動，對其展開氣動仿真計算。
1 UDF說明
在本研究中采用重疊網(wǎng)格模型對撲翼機(jī)撲翼運動進(jìn)行模擬。本案例選擇DEFINE_CG_MOTION進(jìn)行定義，omega[0]代表z軸旋轉(zhuǎn)方向，本案例設(shè)計翼型上下擺動18°，相關(guān)的UDF代碼如下：
C
#include "udf.h"
#include "mem.h"
#include "dynamesh_tools.h"
DEFINE_CG_MOTION(pyj, dt, vel, omega, time, dtime)
{
NV_S(vel, =, 0.0);
NV_S(omega, =, 0.0);
omega[0]=0.314*cos(2*3.14*time);
}
2 workbench 設(shè)置
本案例需要設(shè)置如下三個模塊的計算，其中包括背景網(wǎng)格區(qū)域、前景網(wǎng)格區(qū)域與fluent計算三個部分，具體設(shè)置如下圖 ：
3 SCDM 設(shè)置
3.1 導(dǎo)入幾何
整體幾何結(jié)構(gòu)如下圖:撲翼機(jī)翼型采用NACA0012，具體的幾何結(jié)構(gòu)如下圖，x軸正向為壓力出口，負(fù)軸位速度入口，撲翼機(jī)表面為壁面，其余面位對稱面。重疊網(wǎng)格區(qū)域為內(nèi)部圓柱區(qū)域。
撲翼機(jī)運動翼型命名為naca，靜止區(qū)域命名為bird。
4 Fluent Meshing 設(shè)置
4.1 網(wǎng)格設(shè)置
采用 SCDM 進(jìn)行網(wǎng)格劃分，背景網(wǎng)格與前景網(wǎng)格皆采用六面體網(wǎng)格劃分，并劃分相對應(yīng)的邊界層網(wǎng)格。
展開 高速彈體45度傾斜入水，涉及六自由度、重疊網(wǎng)格(含fluent設(shè)置視頻教程、網(wǎng)格和計算結(jié)果文件) ￥120
彈體入水過程，速度太快，水波還來不及漾開
Fluent 重疊網(wǎng)格+UDF NACA0012翼型擺動氣動仿真(一）
本案例利用Fluent重疊網(wǎng)格與UDF,對NACA0012翼型擺動的氣動特性展開仿真。該案例所用模型為假設(shè)模型，僅作計算設(shè)置參考。通過此案例后續(xù)可以對不同初始迎風(fēng)角度、不同模型、不同速度等工況展開類似仿真計算。
1 UDF說明
在本研究中采用重疊網(wǎng)格模型對NACA0012翼型俯仰運動進(jìn)行模擬。本案例選擇DEFINE_CG_MOTION進(jìn)行定義，vel[1]代表y軸方向，omega[2]代表z軸旋轉(zhuǎn)方向，本案例設(shè)計naca0012翼型上下擺動72°，上下移動0.2m，相關(guān)的UDF代碼如下：
#include "udf.h"#include "mem.h"#include "dynamesh_tools.h"DEFINE_CG_MOTION(naca, dt, vel, omega, time, dtime){ NV_S(vel, =, 0.0); NV_S(omega, =, 0.0); vel[1] = 0.2*cos(2*3.14*time); omega[2]=1.256*cos(2*3.14*time); }
2 workbench 設(shè)置
本案例需要設(shè)置如下三個模塊的計算，其中包括背景網(wǎng)格區(qū)域、前景網(wǎng)格區(qū)域與fluent計算三個部分，具體設(shè)置如下圖：
3 SCDM 設(shè)置
3.1 導(dǎo)入幾何
整體幾何結(jié)構(gòu)如下圖:此邊界參考相關(guān)文獻(xiàn)，來流入口與上下邊界距離翼型10C,出口邊界距離翼型20C。
3.2 網(wǎng)格設(shè)置
采用SCDM進(jìn)行網(wǎng)格劃分，背景區(qū)域劃分為四邊形網(wǎng)格導(dǎo)出。前景網(wǎng)格劃分為三角形網(wǎng)格導(dǎo)出，并劃分相對應(yīng)的邊界層網(wǎng)格。
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