6DOF计算小球自空气中坠入水中

FLUENT中提供了6DOF模型，用于计算刚体在流体域空间的运动行为。该模型除了可以计算刚体模型的平移旋转等运动规律之外，还可以实时计算刚体模型的受力、加速度以及速度。配合FLUENT强大的动网格能力，利用6DOF模型能够模拟真实世界中的诸多现象。本例采用6DOF模型，配合VOF多相流模型，计算木制小球自空气中坠入水中的过程。观察小球坠落过程中流场变化情况，同时监测小球重心的运动规律。

1、模型考虑

真实模型是三维的，这里为了方便起见，采用二维模型考虑。所涉及的技术内容完全一致。几何模型如图1所示。

图1 几何尺寸及模型

图2 网格

模型尺寸如图1所示。单位为mm。在CAD软件中统计小球信息得到：

重心坐标(0,0,0)，惯性矩Ixx = 2010619mm^4，Iyy=2010619mm^4，Izz=4021238.5mm^4，面积A=5026.548mm^2。对于平面模型计算，fluent默认拉伸厚度为1m，假设小球密度800kg/m^3，因此可以计算小球质量mass=800*5026.548e-6=4.021kg。

2、划分网格

在ICEM CFD中生成全三角形计算网格，如图2所示。设定上部边界为pressure_outlet，矩形上其它三条边为walls，小球边界为movingWall。（此处可以生成边界层网格，然后将边界层网格添加至另外的计算域，让该区域跟随movingwall一起运动）。然后将模型导出为msh文件。

3、准备UDF

UDF比较简单，如下所示。采用DEFINE_SDOF_PROPERTIES宏，给质量及三方向惯性矩赋值即可。

#include "udf.h"

DEFINE_SDOF_PROPERTIES(test_box, prop, dt, time, dtime)

{

prop[SDOF_MASS] = 4.021;

prop[SDOF_IXX] = 2010619e-12;

prop[SDOF_IYY] = 2010619e-12;

prop[SDOF_IZZ] = 4021238e-12;

}