Fluent动网格技术实操指南：实例详解

在Fluent中，动网格模型可以用来模拟由于流域边界运动引起流域形状随时间变化的流动情况，动网格在求解过程中计算网格要重构，例如汽车发动机中的气缸运动、阀门的开启与关闭、机翼的运动、飞机投弹等等。

CFD中的动网格大体分为两类：

1）显式规定的网格节点速度。配合瞬态时间，即可很方便的得出位移。当然一些求解器（如FLUENT）也支持稳态动网格，这时候可以直接指定节点位移。

2）网格节点速度是通过求解得到的。如6DOF模型基本上都属于此类。用户将力换算成加速度，然后将其积分成速度。

在Fluent中，动网格涉及的内容包括：

1）运动的定义。主要是PROFILE文件与UDF中的动网格宏。

2）网格更新。FLUENT中关于网格更新方法有三种：网格光顺、动态层、网格重构。需要详细了解这些网格更新方法的运作机理，每个参数所代表的具体含义及设置方法，每种方法的适用范围。

动网格的最在挑战来自于网格更新后的质量，避免负体积是动网格调试的主要目标。在避免负网格的同时，努力提高运动更新后的网格质量。

拉格朗日网格(固体有限元计算)

网格

欧拉网格(流体计算)

实例：Profile定义运动

I、参数说明

本次实例采用的场景来自于流体中高速飞行的物体。如子弹、火箭、导弹等。这里只是为了说明profile在动网格运动定义中的应用，因此为了计算方便不考虑高速问题。问题描述如下图所示：

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图 1 (1为运动刚体，2为计算域)

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图2

计算说明：由于不考虑也没办法考虑刚体的变形，因此在构建面域的时候，将1中的部分通过布尔运算去除。计算域总长度300mm，其中固体运动最大位移为：

300-40-30-6mm=224mm。

为了防止固体边界与计算域边界发生重叠，我们使运动最大距离为200mm。运动速度v=0.4t，这样可能计算运动完200mm需要的时间为1s。采取5个时间数据点分别为：0，0.25，0.5，0.75，1s，相对应的速度为：0，0.1，0.2，0.3，0.4 m/s。

profile文件如下：

((moveVelocity transient 5 0)

(time 0 0.25 0.5 0.75 1)

(v_x 0 0.1 0.2 0.3 0.4))

解释：在记事本中按下列格式编写，保存为.txt文本即可。其中，moveVelocity为profile文件名，transient表示瞬态，5为表示所取速度及时间变化点数，这里取5个点；time后所述为所取点的时刻值；x后所述为所取点的x坐标；v_x为所取点的x向速度；所取的五个点组成速度与时间的线性关系，如图2所示。

注意：虽然瞬态profile文件可以在一定程度上定义网格运动，然而其存在着一些缺陷。最主要的一些缺陷存在于以下一些方面：

1）PROFILE无法精确的定义连续的运动。其使用离散的点值进行插值。如果想获得较为精确的运动定义，势必要定义很多点。

2）一些情况下无法使用profile。比如稳态动网格。

在FLUENT中定义网格运动，更多的是采用UDF宏，此处不在详细叙述。详细实例可参阅FLUENT UDF手册p182-p188。

II、操作步骤

一、将计算域离散为网格

在ICEM CFD中将计算域离散为网格，由于三角形网格非常适合于2D动网格，因此本例使用三角形网格。若要使用四边形网格，则需要进行滑移面处理。详细的说明将留待以后网格更新的时候进行。同样的，也不进行边界层处理。

简化问题描述，设定四周为wall壁面，中间区域为rigid wall(如图3所示)，在动网格中进行设定。全局网格尺寸为2mm，运动边界网格尺寸1mm，

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