詳解FLUENT嵌套網格

2019-04-05 by:CAE仿真在線來源:互聯網

在用Fluent的時候經常會遇到固體在運動的情況,比如已知運動過程的,平移的、旋轉的機械,還有不明運動的物體,比如自由下落的雨傘、或者導彈。你希望計算流體和固體相互作用的過程。這個時候老一輩的革命家會告訴你用動網格。如果你不會的話,可以學習一下,感受一下layering、Smoothing、Remeshing三大神功。相信我,過不了多久你就會陷入到添加各種dynamic motion中。哪邊能動哪邊是靜止的一定不能搞錯,也不能少加,否則各種負體積報錯讓你分分鐘懷疑人生。

但是,Ansys有個比較低調的overset網格功能,俗稱嵌套網格。它克服了動網格容易出現負體積的問題,可以處理小間隙的運動,而且設置更為方便簡潔。在運動過程中保持好的網格質量,并且可以在非結構網格類型中嵌套局部高質量的結構化網格。那些個layering、smoothing什么的通通給我奏凱。嵌套網格第一次出現在Ansys17.0中,在Ansys18.0和Ansys19.0中不斷發展,逐漸和越來越多的功能兼容。

在嵌套網格中需要分清三個概念。

一是背景網格:嵌套網格,從名字能看出來網格是套在一起的,沒俄羅斯套娃那么復雜,一般來說就兩層。下圖中方方正正的就是背景網格。

二是部件網格:也叫Component grid。就是橙色的大圓邊界和黑色小圓邊界中間的這些呈放射狀的網格。這個小的黑色的圓就是即將要移動的物體的邊界,也就是我們的部件。所以叫做部件的網格。所以記得,在確定好運動的固體邊界以后,往外擴展一部分畫好部件網格。需要注意的是,背景網格和部件網格是分開的、各自獨立的。所以在畫網格的軟件中要同時生成兩套網格,并且都命名成overset_xxxx。這樣fluent就能直接識別出來這是嵌套網格。

三是嵌套邊界:就是Overset Boundary Condition(就是圖中的Overset BC)。也就是橙色這個大圓邊界。它表示的就是嵌套的范圍,完全由你自己決定要嵌套多大范圍。還剩下的就是wall Bounday Condition,也就是圖中黑色的邊界,也是計算域真正的邊界。

上圖就是畫完網格后的初稿。導入進fluent之后,和設置interface一樣的操作,設置overset,就可以得到如下結果。

可以看到中間的小圓被挖空了。因為小圓是邊界,小圓內部是計算域之外的網格,自動被挖掉了。并且仔細看,小圓外圍的部件網格和背景網格已經“結合”在了一起。這是fluent自動做插值的結果。

下圖也是嵌套網格的效果。兩個橢圓都是部件,綠色的是背景網格,嵌套完成之后就是這樣,是不是看著很清爽!

除此之外,還有一些其他操作。但是這些目前還沒有做到GUI界面里面去,仍然需要在fluent的TUI框中手動輸入命令。

1. 設置網格優先級。假如有好幾個部件網格交在一起,可以通過define/overset-interfaces/grid-priorities來設置網格的優先級。

2. 設置基于單元的網格融合策略,還是基于邊界的網格融合策略。這一點可以由define/overset-interfaces/options/donor-priority-method中選擇0或者1來設置。基于單元是指當部件網格過渡到和背景網格的大小差不多的時候,部件網格銜接到背景中去。而基于邊界的融合策略則不管單元大小,在網格重疊過渡的區域盡量遠離邊界。軟件默認設置為基于單元融合。

最后還需要注意的一點是,當部件邊界非常靠近計算域邊界的時候,兩個邊界中間至少要不四層網格,否則容易出現孤立單元。