多重參考系模型的案例
技術分享︱多重參考系模型在風扇通風仿真中的自動化實現：精度與效率的工程平衡
該平臺將底層復雜的網格拓撲與物理模型封裝，實現了從參數輸入到結果輸出的全自動化。在構建該平臺的核心求解邏輯時<strong style="color: rgb(5, 76, 143);">，如何在“計算精度”與“求解效率”之間取得最佳平衡，是算法選型的關鍵。</strong></p><h2><strong>01 MRF模型選型論證</strong></h2><p><br></p><p class="ql-align-center"><img referrerpolicy="no-referrer" crossorigin="anonymous" data-referrer-policy-set="true" src="https://bexp.135editor.com/files/users/1466/14660444/202603/UbtJVPD4_rSDp.png?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）。
展開 Fluent案例解析_MRF旋轉機械_水泵
，Well Motion模塊選擇Moving Wall，Motion模塊選擇Rotational(旋轉)并設置旋轉中心坐標及方向(與之前設置的旋轉流體域中心坐標和方向保持一致)，并設置Speed(角速度)為0_
▊初始化、計算
可依據需要設置監測，模型初始化后進行計算
▊后處理
對于水泵這一塊了解不多，后處理需要查看哪些信息就不做過多介紹了，視頻中是用CFD_POST后處理得到的流線圖視頻_
▊案例解析
?本案例采用MRF多重參考系模型進行水泵葉片旋轉的一個仿真，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；
展開 Fluent案例解析_MRF旋轉機械_水泵（附百度網盤資料
其他壁面保持默認設置即可，葉片設置如圖中所示，Well Motion模塊選擇Moving Wall，Motion模塊選擇Rotational(旋轉)并設置旋轉中心坐標及方向(與之前設置的旋轉流體域中心坐標和方向保持一致)，并設置Speed(角速度)為0_
▊初始化、計算
可依據需要設置監測，模型初始化后進行計算
▊后處理
對于水泵這一塊了解不多，后處理需要查看哪些信息就不做過多介紹了，視頻中是用CFD_POST后處理得到的流線圖視頻_
▊案例解析
?本案例采用MRF多重參考系模型進行水泵葉片旋轉的一個仿真，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；
展開 工業攪拌機內流場仿真APP
工業攪拌機內流場仿真APP展示的是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。計算完成后可在工業攪拌機內流場仿真APP界面中查看后處理結果的云圖、流線、矢量圖等并輸出結果文件，幫助用戶從多個方面掌握工業攪拌機內部流場情況。
工業用攪拌機在建筑行業中扮演著重要的角色，它們主要用于攪拌水泥、沙石、各類干粉砂漿等建筑材料。想象一下，如果沒有這些攪拌機，建筑材料的生產將會變得異常困難，建筑工地的施工速度也將大打折扣。
而如今，隨著科技的不斷發展，工業攪拌機內流場仿真APP的出現，更是為工業攪拌機的生產和使用帶來了極大的方便。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。在仿真完成后，用戶可以在工業攪拌機內流場仿真APP界面中查看后處理結果的云圖、流線、矢量圖等，并輸出結果文件，從多個方面掌握工業攪拌機內部流場情況。這不僅可以幫助用戶更好地了解攪拌罐內部的流動情況，還可以為生產和使用工業攪拌機提供更為準確的數據和信息支持。
總之，隨著科技的不斷進步，工業攪拌機內流場仿真APP的出現為工業攪拌機的生產和使用帶來了更多的方便和效益。我相信，在不久的將來，科技將會繼續為我們帶來更多的驚喜和便利。在線計算本APP：工業攪拌機內流場仿真
展開 
基于CFD 的新能源汽車冷卻風扇氣動性能仿真分析
圖10 流場內速度流線圖
4 結 語
文中介紹了使用STAR CCM+軟件，采用多重參考系模型求解某新能源汽車冷卻風扇的工作特性，介紹了仿真計算的方法與相關參數的選取，通過與試驗結果的比較，證明了本文所用方法數值模擬冷卻風扇流場特性的正確性；得到了冷卻風扇流動區域的壓力場與速度場等內部流場特征，分析了冷卻風扇的流場特征；揭示了風扇的葉片個數對風扇流量的影響，并分析了風扇葉數對風扇效率的影響，本文的研究可為優化新能源汽車冷卻風扇的性能提供依據.
鐵水包KR攪拌脫硫仿真
一、建立幾何模型
上面三個圖形分別為：鐵水包（鐵水容器）內腔流域幾何模型，攪拌槳幾何模型，組合（鐵水包內腔減去攪拌槳）模型。
二、多重參考系模型
我們采用MRF模型來處理攪拌槳的轉動，MRF（Multiple Reference
Frame）模型是一種定常計算模型，模型中假定網格單元做勻速運動，這種方法適用于網格區域邊界上各點的相對運動基本相同的問題。大多數時均流動都可以用MRF
模型進行計算，特別是運動網格區域與靜止網格區域間的相互作用比較微弱時可以使用MRF
模型進行計算，例如攪拌器內流場計算、泵和風機內流場計算等等。MRF 模型的另一個用途是用來為滑動網格模型計算提供初始流場，即先用MRF
模型粗略算出初始流場，再用滑動網格模型完成整個計算。我們將整個計算域分割成2個域，外圍的靜態域，以及包裹攪拌槳槳葉的旋轉域（嚴格來說，旋轉需要包裹整個攪拌槳葉，為了節省計算資源，本次計算采用簡化方法），兩個域的交界面完全重合。
三、網格劃分
針對2個區域分別劃分六面體網格，并組合網格
四、關鍵數學模型
1、湍流模型選擇k-Epsilon模型，近壁區湍流粘度計算采用Scalable wall function計算
2、多相流模型采用VOF模型，忽略表面張力對界面影響
五、計算結果
上面左圖流場矢量圖，箭頭方向代表流動方向，箭頭顏色代表流速大小，右圖為流速分布圖
上面左圖為鐵水體積分布圖，右圖中曲面為鐵水自由表面，顏色代表自由表面的流速分布
上面左圖為鐵水包壁壁面剪切力分布，右圖為攪拌槳葉壁面剪切力分布。
展開 基于fluent的管道風扇氣動噪聲分析
1.2幾何建模和流場計算域建立
本案例風扇外徑為384mm，輪轂直徑為140mm，輪轂比為0.365，8扇葉均勻分布，外流場建模充分考慮到進氣試驗標準，入口區長度至少為入口處管道直徑的六倍；而出口區的長度則應保證至少為出口位置管道直徑的十倍；至于旋轉流體區，是指包含了風扇本體以及周圍流場的圓柱體區域，應當保證其尺寸盡量靠近風扇葉片的直徑，最終風扇模型和外流場模型分別如下圖所示。
1.3模型網格的劃分
網格生成作為仿真計算中的關鍵環節，其結果直接控制了后續計算過程的效率與精度。為了保證劃分結果的質量，應選擇合適的網格尺寸，防止太疏或太密的網格產生，在流量梯度較大的流動區域內，應當盡量提高網格質量（高細密度，較小的歪斜度）；至于梯度小的區域可以在保證精度的基礎上適當較少網格數目。
本案例旋轉流體區由于包含了風扇本體且流動情況最為復雜，為了保證足夠的計算精度，該區域網格尺寸最小。管道區網格尺寸較旋轉區略大，最終劃分結果如下圖。
1.4邊界條件設定與旋轉模型選取
完成網格生成后需進行邊界條件的設置。在流動的計算過程需要設定的邊界條件包括：
（1） 流動入口條件：根據吸氣試驗的要求將流動入口設置為壓力邊界條件，其中入口處壓值定義為大氣壓力，且氣體沿軸線方向流動；
（2） 流動出口條件：根據吸氣試驗的要求將流動入口設置為壓力邊界條件，出口壓力值定義為 0，即出口處沒有外界的作用；
（3） 壁面邊界條件：主要為通流區的管壁表面。
對風扇旋轉運動的仿真則是通過 MRF 模型來實現的。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）。
展開 仿真APP助力石油化工設備設計優化，提高生產效率及安全性
該 APP 基于先進的軸對稱模型構建原理，可針對銅合金波紋管的液壓脹形過程展開全面而細致的仿真分析。通過此 APP，技術人員能夠清晰地查看在整個液壓脹形過程中，金屬波紋管結構應力場、應變場的分布狀況，為工藝優化提供了有價值的數據支撐。
立即體驗：www.simapps.com/v/200339.html
04 管道漏磁內檢測仿真APP
管道漏磁內檢測技術是一種新型且成熟的管道智能檢測手段。當管壁沒有缺陷時，磁力線被約束在管壁之內，幾乎沒有磁力線從表面穿出;當管壁存在缺陷或材料組織狀態發生變化，會使磁導率發生變化，缺陷處磁力線受排斥會穿出管壁產生漏磁。本APP可模擬不同缺陷位置的漏磁信號，提供漏磁場和缺陷的量化關系，達到預判和評價缺陷目的。
立即體驗：www.simapps.com/v/192386.html
05 電加熱攪拌罐內流場仿真APP
電加熱攪拌罐廣泛應用于涂料、醫藥、建材、化工、顏料、樹脂、食品、科研等行業，可根據用戶產品的工藝要求選用碳鋼、不銹鋼等材料制作，以及設置加熱、冷卻裝置，滿足不同的工藝和生產需要。
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。
展開 穩態MRF方法在模擬離心風機中的有效性
與現有的試驗數據相比，穩態多重參考系(MRF)模型和realizable k-e湍流模型可以適當地捕捉風機的幾個性能特征。
正文
本文所研究的風機為采用傳統轉子設計的后傾離心風機。在實驗室（按照ANSI/AMCA 210-85、ANSI/ASHRAE 51-1985標準）通過將風機的出風口安裝到風洞入口以對風機進行測試。允許周圍的空氣從各個方向通過入口孔進入風機。在風洞中使用常規技術（靜壓口和射流噴嘴）測量升壓和流量。在額定運行速度和一定流量范圍內，收集了風扇的性能數據，包括升壓、軸功率和聲壓級。由于轉速和空氣溫度的細微變化，所有數據均校正為額定轉速和標準大氣密度（0.075 lbm/ft3）。本研究的目標之一是驗證穩態MRF方法在模擬離心風機中的有效性。
因此，入口-轉子域采用運動參考系模型（恒轉速）建模，而假定外殼域為靜止狀態。采用了realizable k-e湍流模型模擬湍流效應。假設工作流體（空氣）是不可壓縮的，具有固定屬性（密度=0.075 lbm/ft3，黏度=1.2×10-5 lb/ft-s)。
通過使用二階離散化方程和標準的SIMPLE壓力-速度耦合方案以進行求解。風機幾何如圖1所示。它由前盤和后盤、15個葉片和蝸殼板組成。轉子安裝在一個蝸殼中，該蝸殼收集來自轉子的流量并通過一個矩形出口排出。入口的集流器也被用來幫助引導氣流進入轉子，使流動損失最小化。
圖一：風機幾何
圖二：使用的表面幾何
基于GAMBIT建立了離心風機的計算網格。以IGES幾何文件的形式獲得了風機轉子和外殼的幾何。這種幾何被用作在GAMBIT中構建流域體積的基礎。創建的表面網格如圖2所示。這被用來生成包含543,028個單元的最終的混合非結構網格，入口-轉子域為四面體網格，外殼區域為六面體網格。
展開 Fluent仿真實例｜穩態MRF方法在模擬離心風機中的有效性
與現有的試驗數據相比，穩態多重參考系(MRF)模型和realizable k-e湍流模型可以適當地捕捉風機的幾個性能特征。
本文所研究的風機為采用傳統轉子設計的后傾離心風機。在實驗室（按照ANSI/AMCA 210-85、ANSI/ASHRAE 51-1985標準）通過將風機的出風口安裝到風洞入口以對風機進行測試。允許周圍的空氣從各個方向通過入口孔進入風機。在風洞中使用常規技術（靜壓口和射流噴嘴）測量升壓和流量。在額定運行速度和一定流量范圍內，收集了風扇的性能數據，包括升壓、軸功率和聲壓級。由于轉速和空氣溫度的細微變化，所有數據均校正為額定轉速和標準大氣密度（0.075 lbm/ft3）。本研究的目標之一是驗證穩態MRF方法在模擬離心風機中的有效性。
因此，入口-轉子域采用運動參考系模型（恒轉速）建模，而假定外殼域為靜止狀態。采用了realizable k-e湍流模型模擬湍流效應。假設工作流體（空氣）是不可壓縮的，具有固定屬性（密度=0.075 lbm/ft3，黏度=1.2×10-5 lb/ft-s)。
通過使用二階離散化方程和標準的SIMPLE壓力-速度耦合方案以進行求解。風機幾何如圖1所示。它由前盤和后盤、15個葉片和蝸殼板組成。轉子安裝在一個蝸殼中，該蝸殼收集來自轉子的流量并通過一個矩形出口排出。入口的集流器也被用來幫助引導氣流進入轉子，使流動損失最小化。
圖1：風機幾何
基于GAMBIT建立了離心風機的計算網格。以IGES幾何文件的形式獲得了風機轉子和外殼的幾何。這種幾何被用作在GAMBIT中構建流域體積的基礎。創建的表面網格如圖2所示。
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