Fluent-movingzones动网格.ppt
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1、运 动 区 域,Introductory FLUENT Training,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,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
2、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,y,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,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 S
3、RF,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,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,建立SRF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(
4、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),SRF模型中的静止壁面,stationary wall,rotor,baffle,Correct,Wrong!,Wall with baffles not a surfaceof revolution!,N-S 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,公式比较,相对速度方程:x方向上动量方
5、程,绝对速度方程:x方向上动量方程,Coriolis acceleration,Centripetal acceleration,Coriolis+Centripetal accelerations,SRF 设置:求解器,求解器选项推荐:Pressure Based不可压缩,低速(亚音速)可压缩流Density Based 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,SRF 设置:流体边界
6、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Motion Type 选择运动参考坐标系(Moving Reference Frame)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,SRF 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(radial equilibrium assumption option)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(Target mass flo
7、w outlet),incompressible,RVF,incompressible,AVF,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“Moving Wall”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,SRF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
8、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。,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,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(multiple fluid zone
9、s)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(mixing planes)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。,单体和多体模型间的比较,interface,Single Component(blower wheel blade passage),Multiple Component
10、(blower wheel+casing),MRF模型的介绍,计算域被分为定子和转子。分界面把域分隔开。每个流域分别解算各自的流动方程每个域中都假定流动是静止的。在转子中,使用了SRF 方程。在定子和转子之间的分界面上,速度向量和速度梯度适当变化,便可以计算得出质量,动量,能量和其它标量。MRF 不同域之间的相对运动定子和转子之间,不考虑动力学相互作用。因为这个特性,MRF经常称作“冷冻转子”(frozen rotor)方法。,MRF模型的分界面,正交分界面把相邻的流域分开的内部网格面。两边的网格必须一样。非正交分界面网格单元是物理上分开的。分界面由两个重叠的面组成。(type=interfa
11、ce)用户创建分界面的方式是:DefineGrid Interfaces分界面可以是周期性的,Conformal interface,Non-conformal interface,分界面形状,包含旋转流域上分界面的壁面,将和流域一样移动,并且可以是任意形状。旋转表面允许是静止的。两个域之间的分界面必须是旋转表面,而且旋转轴和旋转域是一样的。,Correct,Wrong!,Interface is not a surface or revolution,Consider a mixing impeller inside a rectangular vessel:-Problem can be
12、described with two reference frames or zones.,MRF 设置,为静止和旋转的流域生成合适的的网格。可以为单元域选择正交和非正交类型。为每个旋转流域(流体边界条件),在 Motion Type 选项中选择 Moving Reference Frame,输入旋转速度。SRF中除了多重域,其它都一样 静止域选上静止选项(Stationary)设置其它边界条件,求解器设置和 SRF 模型设置相同。,MRF问题的计算方法,和SRF问题相同,因为一个或者多个流域的流动梯度比较大,MRF问题也比较难解。相邻单元域间的作用,需要用比默认值更小的欠松弛因子求解。处理策
13、略:确认网格质量足够好,特别是相邻域间分界面周围的网格。使用FMG 初始化。可以使用非定常时间步长的方法,达到和静止状态下稳定解相同的效果。如果MRF的结果不稳定或者不符合实际,你就可能要用非定常滑移网格模型求解。,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,混合平面(MPM)模型介绍,MPM模型起初是用来模拟定子/转子,叶轮/叶片和轴心/离心涡轮机组。同样也能用于很多相同种类的问题。在每个域中都包含有恒稳态的SRF解,并且每个域的边界条件都互相关联。混合平面是指每个域间“相互关联”的域
14、。边界条件之间通过周期性平均侧面流动变量来传递的,这些变量每个迭代步都会进行更新。,radial machines,混合平面构成,axial machines,混合平面的分界面由上游域出口和邻近下游域入口组成。入口/出口边界条件必须是下面这几种边界条件中的一种:压力出口/压力入口Pressure-Outlet/Pressure-Inlet压力出口/速度入口Pressure-Outlet/Velocity-Inlet 压力出口/流量入口Pressure-Outlet/Mass-Flow-InletMPM可以同时实现轴向和径向涡轮组叶片流场的模拟。,MPM 设置,设置流域速度。为入口和出口边界条件
15、设置合适的边界条件类型。为混合平面对选择上游和下游域。为轮廓插值设置点的数量。混合平面几何(Mixing Plane Geometry)决定了周期性平均的方法轴向流动机械选择径向(Radial)。径向流动机械选择轴向(Axial)。混合平面控制松弛系数(Under-Relaxation)01,混合模型的计算方法,因为混合平面模型包括修改混合平面分界面的边界条件,流动条件变化过快很可能导致混合平面求解收敛上的困难。试着降低混合平面的欠松弛因子到0.10.5之间,可能对解的稳定性有所帮助。处理策略:确定网格质量足够好(最大网格偏斜 0.9 0.95)。为难以开始(hard-to-start)的问题
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