MRF方法
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-04
MRF方法的視頻教程
基于MRF方法的離心泵與誘導(dǎo)輪仿真分析
1.應(yīng)用MRF方法對帶蝸殼和誘導(dǎo)輪的離心泵仿真全過程； 2.CFD-post后處理過程； 3.網(wǎng)格無關(guān)性驗證過程； 4.流量-揚程曲線獲取方法； 5.提供源文件與后期答疑
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Fluent軟件中基于MRF方法的旋轉(zhuǎn)風(fēng)機內(nèi)部流場分析教程
Fluent軟件中基于MRF方法的旋轉(zhuǎn)風(fēng)機內(nèi)部流場分析全過程講解教程 1：幾何處理和流道的建立 2：網(wǎng)格劃分； 3：fluent求解設(shè)置； 4：后處理分析；
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通過實例對比fluent旋轉(zhuǎn)機械方法（SRF、壁面運動、動網(wǎng)格、MRF、SMM、重疊網(wǎng)格）
SRF方法網(wǎng)格劃分、計算設(shè)置全過程； 壁面運動計算設(shè)置全過程； 動網(wǎng)格計算設(shè)置全過程； MRF方法網(wǎng)格劃分、計算設(shè)置全過程； 滑移網(wǎng)格計算設(shè)置全過程； 重疊網(wǎng)格方法網(wǎng)格劃分、計算設(shè)置全過程； 幾種方法結(jié)果對比，使用情況分析； 提供源文件與后期答疑；
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MRF方法的實例教程
這種熱流體系統(tǒng)的計算流體動力學(xué)（CFD）分析的準(zhǔn)確性取決于計算方法的選擇。該文章介紹了使用商用Simerics MP+軟件對離心泵進行CFD分析的兩種不同方法：瞬態(tài)（即動網(wǎng)格）方法和MRF方法。此外，還將使用車輛冷卻液液壓系統(tǒng)CFD模擬獲得的流量和壓降數(shù)據(jù)與臺架試驗數(shù)據(jù)的結(jié)果進行了比較。瞬態(tài)方法計算了泵葉片的真實運動，得到了葉片幾何瞬時位置下的瞬時流量解。在MRF方法中，靜止區(qū)的流量控制方程在絕對/慣性坐標(biāo)系中求解，而運動區(qū)的流量在相對/非慣性坐標(biāo)系中求解。該研究針對泵曲線上的監(jiān)測點，對獨立離心泵的瞬態(tài)和MRF 模擬結(jié)果進行了比較，并與獨立泵試驗進行了比較。
本文展示內(nèi)容源自Simerics公司與福特汽車公司在SAE International上發(fā)布的文章，主要介紹Simerics India基于專業(yè)的CFD軟件Simerics MP+針對控制車輛冷卻液液壓系統(tǒng)的離心泵的瞬態(tài)模擬方法與MRF模擬方法的準(zhǔn)確性比較。
展開 2.2.2 MRF 域方法
MRF 域通過穩(wěn)態(tài)方法進行風(fēng)扇模擬，該方法需要扇葉詳細(xì)的CAD 數(shù)據(jù)，需將旋轉(zhuǎn)區(qū)域單獨分割，與其他區(qū)域進行interface 連接，其網(wǎng)格并非真實運動，通過旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系體現(xiàn)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)區(qū)域的效果，把動量源加載到葉片轉(zhuǎn)動所掃過區(qū)域的網(wǎng)格。
3 風(fēng)扇單體試驗及仿真對比
在風(fēng)洞試驗臺上進行單體試驗，使用“定靜壓”的方式測量風(fēng)量，設(shè)定靜壓值，PID 儀表讀取當(dāng)前靜壓，調(diào)節(jié)輔助風(fēng)機風(fēng)量，使當(dāng)前靜壓值達(dá)到設(shè)定值，靜壓穩(wěn)定后，計算出測試風(fēng)機的風(fēng)量。
在2300rpm工況下，將PQ、MRF 域方法采用定流量的仿真值與風(fēng)扇單體試驗結(jié)果進行對比，如圖2：
風(fēng)扇在轉(zhuǎn)速2300rpm下，MRF 域方法靜壓為0、40、80Pa時仿真精度較高，隨著壓力增加，誤差逐漸增大。采用MRF 域仿真誤差整體大于PQ 方法，風(fēng)扇模型精度及MRF域旋轉(zhuǎn)區(qū)域的建立方式都是造成誤差的原因。PQ 方法輸入試驗測得的PQ 曲線，軟件通過插值法得到工作點的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致0Pa 誤差大，但中間數(shù)值誤差很小。PQ 方法擺脫了對扇葉形狀的依賴，試驗PQ 數(shù)據(jù)足夠精確時，精度高于MRF域方法。
4 PQ 與MRF 域機艙流場分析
圖3（a）和（b）分別為PQ和MRF 域仿真60kph 機艙風(fēng)扇后流線示意圖。PQ 仿真，提升通過interface 面流體的壓升，流體方向軸向平行流出，如圖3（a）。MRF 域仿真，旋轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)流場受扇葉影響，在扇葉區(qū)域風(fēng)速高，遠(yuǎn)離扇葉區(qū)域風(fēng)速低，風(fēng)扇出口流體與水平方向呈一定夾角，且流動呈螺旋狀趨勢，如圖3（b），此流動狀態(tài)與理論較為符合。
展開 在這些條件下，不太適合選用MRF公式對流動進行模擬，而需要使用滑移網(wǎng)格模型進行模擬。
總而言之，利用了FLUENT CFD求解器在非結(jié)構(gòu)混合網(wǎng)格上對后傾離心風(fēng)機進行性能計算。 計算結(jié)果與現(xiàn)有試驗數(shù)據(jù)吻合良好。此外，還正確地預(yù)測了重要的性能趨勢，如壓力上升和效率隨流量的變化以及效率峰值點。這些結(jié)果表明，穩(wěn)態(tài)MRF方法可以有效地計算離心風(fēng)機的流量。雖然目前的計算是對風(fēng)機內(nèi)平均流場的合理近似，但可以預(yù)見的是，當(dāng)流體在非常低的流速下開始分解時，流動將變得非常不穩(wěn)定。因此，穩(wěn)態(tài)MRF方法無法滿足精度要求，需要非穩(wěn)態(tài)（滑移網(wǎng)格）來進行求解計算。
圖六：中等流速下的靜壓等值線
圖七：中等流速下中間平面上的速度矢量
展開 在這些條件下，不太適合選用MRF公式對流動進行模擬，而需要使用滑移網(wǎng)格模型進行模擬。
圖7：中等流速下中間平面上的速度矢量
總而言之，利用了Fluent CFD求解器在非結(jié)構(gòu)混合網(wǎng)格上對后傾離心風(fēng)機進行性能計算。 計算結(jié)果與現(xiàn)有試驗數(shù)據(jù)吻合良好。此外，還正確地預(yù)測了重要的性能趨勢，如壓力上升和效率隨流量的變化以及效率峰值點。
這些結(jié)果表明，穩(wěn)態(tài)MRF方法可以有效地計算離心風(fēng)機的流量。雖然目前的計算是對風(fēng)機內(nèi)平均流場的合理近似，但可以預(yù)見的是，當(dāng)流體在非常低的流速下開始分解時，流動將變得非常不穩(wěn)定。因此，穩(wěn)態(tài)MRF方法無法滿足精度要求，需要非穩(wěn)態(tài)（滑移網(wǎng)格）來進行求解計算。
展開 從實際操作上來講，螺旋槳的直接數(shù)值模擬方法可以分為三種：
Moving Reference Frames (MRF)
Rigid Body Motion (RBM)
Overset Mesh (OM)
MRF為運動參考系法，顧名思義，該方法通過引入相對運動參考系來處理槳的旋轉(zhuǎn)問題，將復(fù)雜的問題進行簡化，是一種穩(wěn)定性好、易于收斂的穩(wěn)態(tài)方法。
RBM為剛體運動法，也稱之為滑移網(wǎng)格法，該方法通過網(wǎng)格的旋轉(zhuǎn)來模擬槳的真實運動，在旋轉(zhuǎn)域和外部靜止域之間通過交界面進行流場信息傳遞，是一種瞬態(tài)方法。
OM為重疊網(wǎng)格法，也稱之為嵌套網(wǎng)格法，最近幾年應(yīng)用的越來越廣泛和成熟。與RBM法類似，該方法也是一種瞬態(tài)方法，只是處理交界面的方式有所不同。
對比以上三種方法，各有其優(yōu)缺點：
MRF方法是一種穩(wěn)態(tài)方法，因此具有設(shè)置簡單、計算快速、易于收斂等優(yōu)點，在計算螺旋槳的敞水曲線時一般采用該方法，計算精度滿足要求，資源耗費較少，性價比高。
RBM方法是一種瞬態(tài)方法，相對于MRF，不僅能夠求得敞水曲線，還能夠得到流場的更多信息，比如壓力脈動、流場演變等，但是計算時間較長，對硬件的要求也更高。
OM方法與RBM方法類似，得益于重疊網(wǎng)格在處理諸如極限、交叉、耦合等運動方面的優(yōu)勢，該方法在處理船-槳-舵耦合運動及干擾、自航模、操縱性模擬等方面應(yīng)用更為廣泛。
從網(wǎng)格生成的角度來看，MRF方法和RBM方法可以共用一套網(wǎng)格，二者處理計算域、交界面的方式完全相同，因此本次推送主要介紹這兩種方法，OM方法因為網(wǎng)格需要單獨生成，因此放在下次推送中進行介紹。
下面以KP505槳模為案例，對螺旋槳模擬的主要步驟進行介紹。
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MRF方法的最新內(nèi)容
本期選取了CFD領(lǐng)域的典型場景，穩(wěn)態(tài)仿真計算案例——基于MRF方法的旋轉(zhuǎn)機械流場分析，我們選用的軟件是CFD領(lǐng)域最常用的仿真軟件Fluent。我們來看下基于SimForge?高性能仿真云平臺的CFD穩(wěn)態(tài)計算，和其他仿真云平臺效率對比的情況。
MRF方法較快，Sliding Mesh較慢。</p><p>6. 后處理與結(jié)果分析：</p><p> · 可視化：生成速度矢量圖、流線圖、等值面圖、動畫等。
在多參考系 (MRF) 方法中，求解器求解靜止區(qū)域的一組控制方程，而對于旋轉(zhuǎn)區(qū)域，控制方程包含附加源項。進行模擬，直到從一次迭代到下一次迭代的力和力矩的變化可以忽略不計。
在多參考系 (MRF) 方法中，求解器求解靜止區(qū)域的一組控制方程，而對于旋轉(zhuǎn)區(qū)域，控制方程包含附加源項。進行模擬，直到從一次迭代到下一次迭代的力和力矩的變化可以忽略不計。
對比以上三種方法，各有其優(yōu)缺點：
MRF方法是一種穩(wěn)態(tài)方法，因此具有設(shè)置簡單、計算快速、易于收斂等優(yōu)點，在計算螺旋槳的敞水曲線時一般采用該方法，計算精度滿足要求，資源耗費較少，性價比高。
RBM方法是一種瞬態(tài)方法，相對于MRF，不僅能夠求得敞水曲線，還能夠得到流場的更多信息，比如壓力脈動、流場演變等，但是計算時間較長，對硬件的要求也更高。
本案采用穩(wěn)態(tài)模擬，旋轉(zhuǎn)域采用MRF方法，其中離心力的源項會被添加到MRF區(qū)域（圓柱體）內(nèi)的動量方程中。
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(yīng)網(wǎng)格加密（AMR）以及對運動幾何的多重參考坐標(biāo)系（MRF）方法。
圖2顯示了實驗和仿真的推力系數(shù)、扭矩系數(shù)及開放水域效率。
對比以上三種方法，各有其優(yōu)缺點：
MRF方法是一種穩(wěn)態(tài)方法，因此具有設(shè)置簡單、計算快速、易于收斂等優(yōu)點，在計算螺旋槳的敞水曲線時一般采用該方法，計算精度滿足要求，資源耗費較少，性價比高。
該項目使用穩(wěn)態(tài)多參考系（MRF）方法和k-ω SST湍流模型模擬了一臺典型的離心水泵。通過SIMPLE算法實現(xiàn)了壓力-速度耦合。MRF區(qū)域的旋轉(zhuǎn)速度為157.08 rad/s（1,500 rpm）。本項目研究了：1）出口葉片角和2）葉片數(shù)量對離心水泵性能的影響。
項目使用穩(wěn)態(tài)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(xiàn)了壓力-速度耦合。MRF區(qū)的轉(zhuǎn)速為157.08 rad/s（1500轉(zhuǎn)/分）。
