fluent overset mesh应用介绍

1FluentOversetMesh应用介绍张理想2内容•重叠网格目的&挑战重叠网格术语域连通性性能•支持的特征及限制•应用案例3重叠网格4重叠网格概述由部件网格构建计算域的新方法−单域或共节点连接多区域网格−匹配面之间的网格连接是通过non-conformal来实现的.网格之间的连通性是建立在面level上的。−通过oversetinterface连接重叠网格单元区域•单独划分Parts网格，并将其嵌入到背景网格中•重叠区域的连通是通过网格单元数据插值来实现的，网格之间需要有足够的重叠。InputgridsIntendedCFDdomainBackgroundgridComponentgrids(3)旧的现有方式5重叠网格开发目的/动机ANSYSFluent功能扩展−克服了动网格的一些限制•可以处理具有小缝隙部件的相对网格运动易用−简化了复杂几何的网格生成−避免了动网格应用中网格重构失败和动网格设置的一些问题−更容易的构型变化和组件交换求解质量−重叠网格在网格运动期间始终可以保持很高的网格质量−局部结构网格在非结构网格中的使用structuredunstructured6重叠网格的挑战网格之间的插值不保守−重叠区域间的通信通常是可以接受的并行和负载平衡用最小的用户输入就可以处理复杂的几何和拓扑−使用重叠边界条件时，可以只用一些简单的网格就可以很快的得到复杂的拓扑−模型精度/容差的相关性“orphan”网格之间不能建立耦合−识别并去除孤点网格生成需要有新的思维和工具−尤其是collargrids的生成Rogers,12thOversetSymposium7ANSYSFluent重叠网格应用Fluent17.0重叠网格有一些限制Userinterface与non-conformalinterfaces类似,用最小的用户输入就可以处理所有支持的拓扑−不需要连接信息−自动检测重叠区域−用户在oversetinterface中设置background和component网格•默认情况下自动创建oversetinterface−可选输入•装配工程中全局网格相对特定区域网格的优先级•局部网格单元相对基于尺寸或边界距离网格单元的优先级8重叠网格术语重叠交界面−组件网格和背景网格是成对出现的−至少需要一个背景网格和一个组件网格背景网格−网格单元区域内没有重叠类型边界，背景网格必须是共节点的网格组件网格−网格单元区域至少有一个重叠类型边界，组件网格一定是共节点网格重叠边界−新的特定的重叠边界条件类型−将组件与其他网格通信的区域指定为重叠边界BackgroundgridComponentgridOversetBCWallBC’sOversetinterface9域的连通性1.挖洞−查找位于计算域外的网格单元，并将其标注为deadcells2.重叠区域最小化−不同网格之间的重叠区域最小化，将更多的网格单元转变成deadcells。与deadcells相邻，且与背景网格相重叠的网格单元称为receptorcells。其他的网格单位为solvecells。Solvecells,receptorcells和deadcells是相互独立的。3.Donor查找−对receptorcells来说，它会从流场信息中尝试查找重叠solvecells（donor），查找的donorcells是用来为插值提供数据信息的。Donorcells是solvecells的子集。Donorcells查找失败的receptorcells被标记为orphancells。10域的连通性重叠单元类型−Solvecells[1]−Receptorcells[0]−Donorcells[2]−Orphancells[-1]−Deadcell[-2]solvedonordeadreceptorBackgroundgridComponentgrid11域的连通性为了避免出现orphancells，就需要有足够多的网格重叠−边界临近问题−为了避免孤立网格单元，重叠区域最少要有4个网格单元wallwallTodisplayReceptorCells:define/overset-interfaces/options/render-receptor-cells?Yes12重叠最小化减少重叠是为了：−减少求解单元数量−重叠交界面远离边界Afterholecutting(nooverlapminimization)Solveandreceptorcellsdisplayed14重叠最小化基于donor优先的网格体积单元−网格过渡位置的网格分辨率是一致的−简化网格设计−如果非结构网格尺寸分布不均匀或者网格尺寸增长变化不是单调变化的，那么创建的重叠网格交界面形状是不规则的15重叠最小化基于donor优先的边界距离−网格过渡尽可能的远离边界；最好在两边界中间−因为网格的过渡不考虑网格的分辨率，所以需要更加仔细的进行网格设计16重叠最小化网格优先顺序−按照设定的优先级顺序生成重叠网格对背景网格和组件网格是有利的•包含局部供体单元的网格优先级高−网格过渡不考虑网格的分辨率0011001017重叠拓扑组件网格可任意重叠−重叠网格边界是允许的允许边界重叠，但不允许边界交叉−挖洞过程中自动进行匹配检测/相同边界条件类型的重叠几何(wall,symmetry,…)交叉壁面边界需要额外衣领网格−衣领网格连接交叉几何•生成边界重叠网格，并去除交叉−生成了孤点（没用衣领网格）WallintersectionsnotpermissibleWalloverlapKeepy+similar18重叠拓扑用衣领网格处理交叉壁面边界−消除交叉，并用重叠壁面取代Collargrids19重叠拓扑没用衣领网格处理的交叉壁面边界孤立网格单元20并行重叠网格2.7Mcells1.8McellsIntersectiontime[s]vs.Numberofprocessors21瞬态重叠性能,R18.0parallel,-t36,Metisn0[s]n0[s]n1[s]intersection116.959.432.5fillingextendedzones46.833.78.1Rotormodel,8.8McellsHub,4blades,4collargridsparallel,-t6,Metisn0[s]n0[s]n1[s]intersection34.626.217.0fillingextendedzones16.113.53.9Movingball3.3McellsInitialIntersectionR18.0FirsttimestepR18.0InitialIntersection,R17.022重叠网格•当使用动网格时，开始用一个时间步长来移动最小网格单元（在重叠交界面处），每个时间步长移动一个网格单元长度–如果时间步长太大，deadcells会直接转变成solvecells，而不是receptor，这个信息会在TUI里面显示出来（atverbosity0）：–为了增加计算的精度，建议dead-solvecells出现的数量最少•网格运动期间追踪orphancells的创建是非常重要的–瞬态动网格仿真计算不会因为orphan的出现而停止–精确定位Orphanstreatment来减少求解可能出现的问题–检查合理的求解结果23支持的特征&限制2017-02-0324重叠网格–限制@R18.0•重叠交界面不能包含固体网格单元区域•组件网格不能连接到non-conformal交界面上•如果背景网格是重叠交界面的一部分，那么背景网格交界面处不能有non-conformal交界面•组件区域不能有周期性边界条件•背景区域不能有重叠边界•组件网格边界不能与耦合壁面重叠•重叠网格与动网格中的网格重构或层铺不兼容•重叠网格不能使用FMG初始化25重叠网格支持的选项&模型@R18.0•压力基耦合求解器(Planar2D&3D)•密度基求解器(Planar2D&3D)•Laminar,standardk-epsilon&standardk-omega•Compressibleflows,heattransfer•VolumeofFluid(VOF)•Dynamicandslidingmesheswiththefirst-ordertransientformulation•与Fluent支持的所有网格单元和类型都兼容包括：polyhedra,hexcoreandcutcellmeshes•与网格自适应兼容26AFTExamples2017-02-0327运动机器臂清洁空气模拟重叠网格应用2812345•5个运动组件网格•1个背景网格•1个衣领网格(连接交叉壁面)OverlappingwallsOKIntersectingwallsnotOKCollarGridtoconnectintersectingwalls网格*NotethatthewallBC’swontbeconsistentfortheoverlappingwallregions29网格运动及重叠网格更新30•Isosurfaceofincreasedtemperature•Representing“up-draft”ofdirtyairfromthefloorStreamlinesattime0.4s•Defaultsolversettings•Incompressiblek-epsscalableWF•2millioncells,400timesteps•4hourssimulationtimeon80cpu结果31重叠网格跨音速投放数值模拟&密度基求解器32t=0.00sect=0.20sect=0.35sect=0.45sect=0.50secInitialoversetinterface结果DensityBasedSolver33结果DensityBasedSolver34圆柱升降运动仿真分析（重叠网格）35加密背景网格来捕捉自由液面变化上表面为压力出口，x方向的两侧面定义为壁面，其它表面定义为对称边界条件圆柱的中心初始位置为水面1inch处网格&设置36Reference:-“StudyofthetransientheaveoscillationofafloatingcylinderbySoichiIto,1977”•理论值和实验值对比结果37直升机旋翼运动分析（重叠网格）38网格&设置Component2Component4Component3Component1•直升机旋翼叶片转动模拟•叶片转速：RPM:360•TurbulenceModel:SSTKW•Timestepsize:1e-4s•用4个衣领网格将4个叶片网格连接到hub网格上–总共9个组件网格OversetMesh8McellsMeshforremeshingMesh7.7Mcells39结果•Remeshing•Oversetx-force,Blade1•Remeshing•Oversety-force,Blade1OversetMeshRemeshingVelocitymagnitudex=040涡轮叶片冷却(C3X涡轮机)41网格&设置•Pressurebasedcoupledsolver•Idealgas•Steelsolidblade•SSTk-omega•Boundaryconditionsaccordingtoreferences[1][2]•ConformalperiodicsCellvolumebasedDonorPriorityOversetMesh2.4McellsRegularMesh1.4McellsNASAC3XTurbineVanecascadegeometry:[1]Hylton,L.D.etal.(1983),“AnalyticalandExperimentalEvaluationoftheHeatTransferDistributionOvertheSur