【技术】ANSYS FLUENT动网格,呈现精彩动态过程

2016-12-25  by:CAE仿真在线  来源:互联网

然界及工业应用中,随处可见运动的物体,即物体相对于参照物进行移动或变形,发生随时间和空间而变化的运动。比如,昆虫煽动翅膀、鱼类摆尾游动、气球充气等常见的动态过程,气缸内活塞的往复运动、阀门的开关、导弹水下发射、火箭整流罩分离、子弹出膛、飞机机翼摆动、储罐分离、船体运动和浮动平台等各行各业的设备工作过程,以及人人熟知的中肺的呼气与吸气、动脉的扩张与收缩等等。这类问题有一个共同的特点,就是边界随时间而变化,流场的形状也随之而变。


苍蝇飞行过程



豚摆动尾巴过程


为了直观形象地再现这些动态过程,研究变化过程的细节,动网格技术应运而生。ANSYS Fluent的动网格模型提供了丰富的动网格技术,可以用来模拟流场形状由于边界运动而随时间改变的问题。边界的运动既可以是刚性的,也可以是变形的;既可以是预先定义的运动,也可以是预先未做定义的运动。模拟进程中,网格的更新由ANSYS Fluent根据每个迭代步中边界的变化情况自动完成。


飞机后缘襟翼动态过程


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动脉壁对心脏压力脉冲的响应


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同心筒导弹热发射


所以,要实现动网格的模拟,有两个关键步骤。


首先要指定边界的运动形式,以及参与运动的区域。ANSYS Fluent提供了5种运动形式供选择:Stationary、Rigid body、Deforming、User Defined、Systemcoupling,涵盖了边界运动的多种方式。

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其次,要指定网格更新的方式。ANSYS Fluent提供了三种基本方式,即弹簧式(spring-based smoothing)、动态层铺式(dynamic layering)和局部重划法(local remeshing)。每一种方式都有各自的特点和适用范围,对某一特定的问题,可以选择最合适的一种或者结合几种网格变形方式综合使用。

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  • 弹簧式:网格单元和节点的连接关系和数量保持不变,适用于三角形/四面体网格在小范围内的边界变形。

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2D-Spring-Analogy


  • 层铺法:随着边界的移动,单元层生成或消失。单元层可以是四边形/六面体/四面体类型,适合边界的线性或旋转运动,变形范围无限制。

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2D-Layering


  • 局部重划法:随着边界的移动,对扭曲大的网格进行重新划分,单元和节点的数量发生变化,适用于三角形/四面体网格类型,边界运动范围可以很大。

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2D-Remeshing


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结合三种网格变形方式模拟的2D气缸运动


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结合三种网格变形方式模拟的3D气缸运动

此外,现代仿真技术中多学科耦合技术的应用日趋普遍,常见的双向流固耦合(FSI)仿真中,动网格技术就是必不可少的工具,两种技术结合应用可以解决大变形的流固耦合问题。

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双向流固耦合模拟的机翼颤振过程


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双向流固耦合模拟的弹性管变形





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