动网格

虽然瞬态PROFILE文件可以在一定程度上定义网格运动，然而其存在着一些缺陷。最主要的一些缺陷存在于以下一些方面：

（1）PROFILE无法精确的定义连续的运动。其使用离散的点值进行插值。如果想获得较为精确的运动定义，势必要定义很多点。

（2）一些情况下无法使用profile。比如稳态动网格。

在FLUENT中定义网格运动，更多的是采用UDF宏。fluent中与动网格有关的UDF宏一共有5个，其中四个用于常规的网格运动定义，一个用于6DOF模型。这些宏分别为：

DEFINE_CG_MOTION、DEFINE_DYNAMIC_ZONE_PROPERTY、DEFINE_GEOM、DEFINE_GRID_MOTION、DEFINE_SDOF_PROPERTIES

注意：动网格宏只能为编译型UDF。

1、DEFINE_CG_MOTION

最常用的运动网格宏。用户可以使用该宏定义每一时间步上的线速度或角速度来指定fluent中某一特定区域的运动。

DEFINE_CG_MOTION(name,de,vel,omega,time,dtime)

参数说明：

name：UDF的名字。体现在fluent中表现为可选择的函数列表。

Dynamic_Thread *dt：存储了用户所指定的动网格属性和结构指针。

real vel[]：线速度。vel[0]为x方向速度，vel[1]为y方向速度，vel[2]为z方向速度

real omega[]：角速度。与线速度定义相同。

real time：当前时间。

real dtime：时间步长。

函数返回值为：void

从函数的参数类型，配合c语言的参数调用方式可知，vel,omega为数值类型，属于传入类型。因此只需在函数体中显式定义vel与omega即可将速度传入fluent求解器。time与dtime是用于定义速度的。详细实例可参看fluent udf文档p182。

2、DEFINE_DYNAMIC_ZONE_PROPERTY

该宏能用于以下一些场合：

（1）在in-cylinder应用中定义旋转中心。

（2）定义变化的网格层高度。

第一种用法：

DEFINE_DYNAMIC_ZONE_PROPERTY(name,dt,swirl_center)

参数说明：

name：UDF名。

Dynamic_Thread *t：指向存储动网格属性结构的指针。若没有动态区域位于当前计算的旋转中心，则fluent内部将该参数设置为NULL.

real *swirl_center：swirl_center为一个具有3个元素的数值，表示旋转中心的x,y,z坐标。

返回值为:void。具体实例可参看udf手册p183。

第二种用法：在使用动态层方法时定义变化的网格高度。参数与第一种用法略有不同。

DEFINE_DYNAMIC_ZONE_PEOPERTY(name,dt,height)

参数说明：

name：UDF名

Dynamic_Thread dt：指向存储动网格属性结构的指针

real *height：一个实数指针，指向动态层高度为时间或crank角的函数。

返回值：void

具体实例参看fluent udf手册P185

3、DEFINE_GEOM

用户可以使用此宏定义变化区域的几何。默认情况下，ansys fluent提供了机制用于定义节点沿平面或柱面运动。当ansys fluent更新了变形区域上的节点时（例如通过弹簧光顺或局部面重构之后），会通过调用DEFINE_GEOM宏重新定位节点。请注意该宏只能作为编译型UDF使用。函数说明：

DEFINE_GEOM(name,d,dt,position)

参数说明：

name：UDF名

Domain *d：指向计算域的指针

Dynamic_Thread *dt：指向存储用户指定的动网格参数的指针

real *position：指向存储位置信息的数组。

此函数没有返回值。

详细实例可参阅FLUENT UDF手册P187.

4、DEFINE_GRID_MOTION

默认情况下，ANSYS FLUENT通过使用固体运动方程来更新动态区域的节点位置。这意味着动态区域的节点之间没有相对运动。但是如果用户需要独立的控制每一个节点的运动的话，则可以通过使用DEFINE_GRID_MOTION宏来实现。例如网格运动UDF可以更新由于流固耦合所导致的弯曲形成的节点坐标。此UDF宏只能用于编译型。

函数说明：

DEFINE_GRID_MOTION(name,d,dt,time,dtime)

参数说明：

name：UDF名

Domain *d：计算域指针

Dynamic_Thread *dt：指向存储了动网格参数的结构的指针

real time：当前时间

real dtime：时间步

返回类型：void。具体实例可参阅FLUENT UDF手册P188

6DOF实例1:设置过程

对于被动型动网格计算问题，可以采用6DOF动网格模型解决。利用该模型时，需要确定计算模型中运动部件的质量、三方向转动惯量及惯性矩、重心坐标。因此在几何模型创建过程中，尽量使这些值容易获取（比如将重心位置放置在坐标原点），当然这不是必须的，在CAD建模软件中都包含了这些物理量的查询。

如图1所示的几何体，在受到图中流动方向的流体作用下，若轴向旋转自由度未被约束，则会产生旋转位移。本次实例几何如图1所示。

在建立流体计算域之前，需要利用CAD软件获取几何的特征物理量，我们这里使用Solidworks实现此功能。

1、获取几何属性

利用solidworks载入几何体，进入【评估】>【质量属性】，选择几何体进行计算，如图2所示。

图 2 质量属性

在计算几何质量属性对话框中，可以点击【选项】按钮，设置材料参数，如图3所示。

从图2可以看出，该几何体的重心（0,0,25.19），Z方向惯性矩IZZ=324047.793g*mm^2，由于我们的几何体约束了X,Y,Z三方向移动自由度，X，Y方向的旋转自由度，因此只需要Z方向的惯性矩。需要注意的是，这里的单位是mm，而UDF中必须全部为国际单位制，需要做单位转换。

2、计算域模型

在workbench中的DM中创建计算域模型。主要是利用DM中方便的布尔运算功能。建立的计算域如图4所示。

为计算域边界命名，分别命名内部区域面、入口面、出口面、圆柱面边界为：WallRotation、VelocityInlet、Outlet、wallCylinder。

计算域建立完毕后即进行网格的划分，这里不详细描述。

3、UDF宏的编写

利用文本编辑器编写UDF宏文件。如下：

#include "udf.h"

DEFINE_SDOF_PROPERTIES(rotate,prop,dt,time,dtime)

{

prop[SDOF_MASS] = 845.154E-3;

prop[SDOF_IXX]= 336179E-9;

prop[SDOF_IYY] = 336179E-9;

prop[SDOF_IZZ]= 324047.793E-9;

prop[SDOF_ZERO_TRANS_X]=TRUE;

prop[SDOF_ZERO_TRANS_Y]=TRUE;

prop[SDOF_ZERO_TRANS_Z]=TRUE;

prop[SDOF_ZERO_ROT_X]=TRUE;

prop[SDOF_ZERO_ROT_Y]=TRUE;

printf("\nstage: updated 6dof properties");

}

4、进入FLUENT中设置

在FLUENT中主要包括动网格参数的设置。

其他设置：瞬态计算、标准K-E湍流模型、标准壁面函数、工作介质为water、入口5m/s，出口静压为0。

动网格设置：

（1）、激活sixDOF