15-Fluent-movingzones动网格全解

©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary运动区域IntroductoryFLUENTTraining11-2©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary大纲介绍和模型建立方法概览单参考系(SRF)模型多重域和多参考系(MRF)模型混合面模型(MPM)滑移网格模型(SMM)动网格(DM)模型概要附录11-3©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary介绍许多工程问题中流体的流域都会移动或者旋转平移运动的例子：火车穿过隧道，容器中液体的纵向晃动等。旋转运动的例子：水流通过螺旋推进器，轴向涡轮叶片，放射状泵轮等。.两种动域模型建立方法：如果域在移动时并没有形状上的改变(刚性运动),我们可以在运动坐标系下解算流体流动方程。动量方程中可以添加附加的加速度项动坐标系下，解算的问题变成了定常问题可以和固定域穿过分界面相结合如果域在移动的同时还会有形状的改变(变形),我们可以用动网格(DM)技术解算方程域的位置和形状的改变都可以用时间函数来表示非定常问题11-4©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary运动坐标系－－域随着坐标系转动动网格－－域的形状是时间函数运动坐标系和动网格对比11-5©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary建模方法概览单参考系(SRF)整体计算域都置于运动坐标系下。多参考系(MRF)选择域中的部分区域置于运动坐标系下。忽略相互作用稳态混和面(MPM)在旋转/静止域的分界面上，混合模型需要考虑相邻区域相互之间的影响。忽略流动中的不均匀圆周运动稳态滑移网格(SMM)特定区域的移动使用移动网格算法对滑移分界面进行流动变量的插值非定常问题－把边界的相互作用完全考虑进去了，但是计算量比SRF,MRF,或者MPM都更大。动网格(DM)和滑移网格相似，但是域随着时间变化可以移动和变形。网格变形技术有弹簧压缩，动态铺层，局部重构11-6©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary大纲介绍和模型建立方法概览单参考系(SRF)模型多重域和多参考系(MRF)模型混合面模型(MPM)滑移网格模型(SMM)动网格(DM)模型概要附录11-7©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary模型介绍SRF一般针对单流域，只能是绕着某个特定的坐标点，以恒定的速度进行旋转。为什么使用旋转坐标系?非定常的流域当放在旋转坐标系下来看时，可以认为是定常的情况。定常问题比较容易求解…边界条件简单低的计算机资源占用易于进行后处理和分析壁面条件必须符合下列标准：随着流域动的壁面可以是任意形状。固定(至于确定的坐标)的壁面必须是旋转表面。选择旋转周期性边界条件可以提高效率(减少网格数量)11-8©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary!Wallwithbafflesnotasurfaceofrevolution!11-9©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary方程：旋转坐标系方程可以在绝对坐标系或者旋转坐标系下求解。相对速度公式(RVF)通过把静止坐标系下的N-S方程转化为旋转坐标系下获得。相对速度和相对总内能为依赖变量。绝对速度公式(AVF)由相对速度方程得到绝对速度和绝对总内能为依赖变量动量方程中的旋转源项xyzzyxstationaryframerotatingframeaxisofrotationrCFDdomainorR11-10©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary公式比较ˆ2rWxpwWtwvrxxx•相对速度方程：x方向上动量方程ˆVxpvWtvvxxx•绝对速度方程：x方向上动量方程CoriolisaccelerationCentripetalaccelerationCoriolis+Centripetalaccelerations11-11©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary设置：求解器求解器选项推荐：PressureBased－不可压缩，低速（亚音速）可压缩流DensityBased–高速(跨音速，超音速)可压缩流速度方程推荐：当从静止域流入时，使用绝对速度方程(AVF)当为闭域（所有表面都运动）或者从旋转域流入时，使用相对速度方程(RVF)注意：RVF只在分离求解器中有效梯度选项非结构网格选用节点梯度多面体网格选用最小二乘梯度11-12©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary设置：流体边界条件使用流体边界条件设置旋转坐标系的坐标原点和方向向量。方向向量必须是单位向量，如果不是，Fluent将会自动转化成单位向量。SRF中的MotionType选择运动参考坐标系（MovingReferenceFrame）输入旋转速度旋转方向使用右手定则负速度表示速度方向相反11-13©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary设置：入口/出口边界条件速度入口：压力入口：通过速度方程来定义总压压力出口：当轴向流问题在出口处有旋转时，可以选择径向平衡选项(radialequilibriumassumptionoption)指定的压力为中心压力SRF问题的其它边界条件无反射边界条件目标质量流出口（Targetmassflowoutlet）222rel,2abs,WppVppttincompressible,RVFRVRp2outletincompressible,AVF11-14©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary壁面边界条件在运动参考坐标系下，可以选择壁面是相对坐标还是绝对坐标。推荐在所有的运动参考坐标系下，壁面条件都设为……选上“MovingWall”选项旋转坐标原点和方向的设置和流域中的设置一样对静止的表面(在绝对坐标下)输入零旋转速度，绝对速度（Absolute）对运动的表面，输入零旋转速度，相对于邻近的单元域11-15©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary问题的求解方法SRF问题可能相对较难求解，因为流域的旋转将会带相当来大的流动梯度。对于旋转产生的影响，可能需要很好的网格才能求解大梯度。推荐策略:确定网格质量足够好开始时使用一阶离散方法。缩小松弛因子/克朗特数来保证数值稳定性。当遇到难以开始（hard-to-start）问题时，使用FMG初始化。特别需要注意的是压缩机、抽水机之类的问题。考虑使用瞬态计算来解算问题。相对于静态的方法，可以提供更好的收敛性。在时间上使用一阶离散方法，而且大概每次迭代2-3步。一直运行到静态。11-16©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary大纲介绍和模型建立方法概览单参考系(SRF)模型多重域和多参考系(MRF)模型混合面模型(MPM)滑移网格模型(SMM)动网格(DM)模型概要附录11-17©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary多重域建模许多旋转机械问题都有固定部分，不能使用表面旋转来描述(SRF无效)。这样的系统可以分成多重流动域（multiplefluidzones）－有些域是旋转着的，其它是静止的。使用一个或多个分界面（interfaces）把多重域联系起来。多重域模型中分界面的处理方法：多重参考系模型(MRF)定常求解法对分界面进行简化－不考虑不同坐标系间的转动相互作用。混合面模型(MPM)定常求解法不同坐标系间的相互作用都近似成在流域分界面(mixingplanes)上的周期性平均。滑移网格模型(SMM)非定常求解法精确模拟运动和静止域间的相对运动，但是需要占用很高的计算机资源。11-18©2007ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary(blowerwheelbladepassage)MultipleComponent(blowerwheel+casing)11