让网格动起来 | （十三）FLUENT区域运动【转发】

本次使用的是滑移网格,动网格实现以后再讨论。要实现的运动如下图所示。

杯子中装满水,现在以速度1rad/s延续1s钟使杯子倾斜1rad,观察5s钟内水的变化情况。

本例可以用滑移网格或动网格实现,但是使用滑移网格能够保持较好的网格质量。本例使用滑移网格。

FLUENT中的滑移网格可以最大限度的代替动网格,尤其对于一些分界面确定的计算模型。滑移网格可以用于瞬态模拟中(其它如MRF,SRF,MP则很少用于瞬态模拟中)。

本例涉及到的内容包括:

(1)分界面几何模型的建立。涉及到多几何体的创建。在workbench的DM模块中很容易解决此类问题。但是如果要在ICEM CFD中创建网格的话,则需要进行一些特别的处理。主要是各部分模型网格的组装问题。

(2)区域运动的指定。在本例中主要是指定运动区域的旋转速度。需要注意的是旋转中心与旋转方向的设定。

(3)多相流的使用。本例中使用的是VOF模型。

1、几何模型

本例的几何模型如下图所示。尺寸是随便定的。

如图所示,计算模型分为三个区域,1、2、3分别对应名称为braket、zone与cup,如前所述,区域zone与cup为运动区域,运动方式用UDF进行定义。

2、边界类型

一共有两对interface,分别位于zone区域与cup区域,zone区域与braket区域。如下图所示。braket区域的左侧、右侧及下方边界均为wall类型,上方边界为pressure_outlet类型,内部边界为interface类型。cup区域左、右、下侧边界为wall类型,上方边界为interface类型。在mesh interface中设置interface对,一共是两对。

最终组合后的网格如下图所示。

3、求解参数设置

导入模型后,在scale面板中进行必要的scale操作以使模型尺度满足要求。在general面板中设置使用瞬态模拟,并设置重力加速度。选择RNG K-Epsilon湍流模型。设置多相流模型为VOF模型,如右下图所示。

4、添加材料

在材料数据库中添加水至当前材料中。设置空气为主相,水为第二相。VOF中主相与第二相的设置并没太多的限制,但是一般将需进行patch的相设置为第二相,或者将含量较少的相设置为第二相。当然没有明确的规定。设置水-空气的表面张力系数为0.07。

5、区域运动UDF

这里使用宏DEFINE_TRANSIENT_PROFILE宏,设置当时间小于1s时,旋转速度1rad/s,其它时间保持静止。编译此UDF文件。代码如下:

#include "udf.h"
DEFINE_TRANSIENT_PROFILE(rotation_rate_ramp,time)
{
real rotation_rate = 0;
if(time <= 1)
{
rotation_rate = 1.0;
}else
{
rotation_rate = 0.0;
}
return rotation_rate;
}

6、区域设置

主要设置区域cup与zone的运动。FLUENT中区域默认为静止。以区域cup为例,设置运动如下图所示:

zone区域设置与此完全相同。

7、边界条件

需要特别说明的是,属于某区域的wall需要设置相对速度,与区域的相对速度为0。主要是针对区域cup与zone。

设置braket区域中的pressure_outlet边界静压为0,并设定湍流条件。

8、求解器控制参数

采用默认。

9、初始化

选择all zone进行初始化。patch区域cup的第二相(水)体积分数为1。如下图所示。

10、设置迭代进行计算

设置时间步长0.1s,时间步数50步进行迭代。如下图所示。

11、计算结果

如本篇开始所示。

——流沙