动网格Layering技术解析与Fluent应用实例

1  概念介绍

我们之前给出的案例计算域边界都是固定不变的，但实际上一些工况下计算域的边界可能发生运动或者变形，如风扇扇叶的运动、齿轮的运动等。

对于计算边界发生运动或者变形的问题，Fluent使用动网格计算对其进行计算模拟。Fluent动网格计算提供了三种方法，分别是Layering方法、光顺方法(smoothing)和Remeshing方法。这三种方法适用工况各有不同，本文介绍动网格Layering方法。

动网格Layering方法通过网格单元的增加和合并来实现边界的变形。其适用线性运动（直线或旋转）；运动部分的网格必须是四边形、六面体网格；此例只讲解如何实现Layering方法的动网格，具体工况不涉及。

2  模型描述

本例的模型如图所示。模型有三个面，分别为底面(bottom)、上面(top)和侧面(side)。其中top面保持不动，bottom面以-0.01m/s的速度沿z轴的负方向运动，side面随bottom面的运动而进行增减网格。

3  导入网格

使用Workbench打开工程文件，文件在本文末尾链接资源内。

4  Scale网格尺寸

Scale修改网格尺寸。如图所示。

确保计算域尺寸是我们所需要的。

5  设置求解器

由于网格运动是随时间进行的，因此动网格技术必须为瞬态模拟。将计算工况设置为瞬态。其他求解器设置可根据具体工况进行选择。

6 设置动网格模型

在模型树下双击Dynamic mesh，此时Task Page下页面如图

勾选Dynamic mesh

Mesh Methods：

三种方法分别为前文咱们提到的光顺方法(smoothing)、Layering方法和Remeshing方法。我们勾选Layering方法。

Options下的四个选项如In-Cylinder(活塞运动)、Six DOF(六自由度)等问题我们会在以后的文章中讲解。

勾选Layering后，点击Settings，出现Layering方法的设置页面

Options选项：

Height Based基于高度，适合运动边界为直线/平面

Ratio Based基于比率，适合运动边界为曲线/曲面

Split Factor：

公式中的αs，当网格高度大于不等式右边的值时，网格发生断开，此值越大，网格拉伸的越大。

Collapse Factor：

公式中的αc，当网格高度小于不等式右边的值时，网格发生合并，此值越小，网格压缩的越大。此处我们将两值分别设置为0.4和0.2

Dynamic Mesh Zones：

单击Dynamic Mesh Zones下的Create/Edit，弹出如下窗口

Zone Names：包含了模型的各个边界，用于定义Type

Type：定于个边界的类型，Stationary表示固定边界，Rigid Body表示刚体运动边界，Deforming表示变形边界，User-Defined表示自定义，System Coupling表示系统耦合，

对于Layering方法只需要设置刚体运动边界即可，其他不必设置。此案例运动边界为bottom，因此Zone Names选择bottom，Type选择Rigid Body。

Motion Attributes：

Motion UDF/Profile：刚体运动方式，将文章下方链接中的UDF导入，选择piston。注：此处UDF使用DEFINE_CG_MOTION宏编写，主要语句：vel[2] = -0.01，表示z方向速度为-0.01m/s

Meshing Options：

Cell Height：即公式

中的hideal，一般此值设置为原网格高度，此例设置为0.1m

7 查看动网格

在Task Page页面单击Preview Mesh Motion，设置时间步数为100，时间步长为1s，显示频率为1。

动网格变化图

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