Fluent理论手册滑移网格及动网格理论

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1、 3 滑滑3.1作用忽略网格滑滑移网移网格格1 简介简介 在滑移网用如图 3.1.1 潜在作 尾迹作 冲击作稳定。在多参考略了瞬态作动网格模格模型用于 活塞关 机翼的格格及动及动网网格中，静止1 所示，通作用：由于作用：由于作用：在跨。 考系模型 （M用，而滑移模型使用 FL于边界刚性运关于气缸运的振动 网网格格 止和转动部分通常分成以下于上游及下游于上游叶片组跨音速或超音图 3.1MRF） 及混合移网格模型LUENT 求解运动（直线运动 分间的相对下几类： 游压力波的组的尾流传音速流动中.1 非稳态作合平面模型型则不忽略瞬解器移动边线运动或转动对运动引发的传播导致流传递至下游中，由于激波作用

2、示意图型 （MR） 中瞬态作用。边界或目标，动） 。例如：瞬态交互效流动不稳定引起流动不波冲击下游图 ， 都只适用，或者藉此效应。这些交定 不稳定 游叶片组导致用于稳态问题此调整网格。29 交互致不题，。动30 动网格模型同样可以用于边界变形或偏转，如： 气球的膨胀 人造壁面对心脏压力脉冲的响应 3.1.1 守恒方程守恒方程 对于边界运动的动网格，任意控制体?上通用标量?的积分形式守恒方程可以写成以下形式： ? ?d?+ ?(? ? ? ?) d?= ? ? +? ?d?（3.1.1） 式中：?为流体密度，? ?为流动速度向量，? ?为运动网格的网格速度，?为扩散系数，?为源项。?用于描述控制

3、体边界。 方程（3.1.1）的时间导数项可利用一阶向后差分项写成： ? ?d?=(?)?(?)?（3.1.2） 式中?及? + 1表示当前时间及下一层时间。第? + 1时间层上体积?通过式（3.1.3）计算。 ?= ?+? （3.1.3） 式中?位控制体的体积时间导数。为满足网格守恒率，控制体的体积时间导数通过下式进行计算： ?= ? ? ? ?= ? ?,? ? ?(3.1.4) 式中?为控制上的面数量，?为?面的表面积向量，每个控制容积面上点积? ?,? ?通过下式计算： ? ?,? ?=?（3.1.5） 式中?为整个时间步?上控制容积面?膨胀引起的体积改变。 在滑移网格问题中，动区域运动

4、是相对于静止参考系进行跟踪的。因此，没有运动参考系附加在计算域上，简化了穿过分界面的通量传递。在滑移网格中，控制体依旧保持恒定，因此方程 3.1.3 中，?= 0及?= ?，方程 3.1.2 可以改写3.2滑移模型解随瞬态参考所示用多写成： 2 滑移滑移网网当期望获移网格进行型，然而对很多时候随着运动域态滑移网格注意当静考系更有效示） ，则必须多参考下模?网网格理论格理论 获得转子-定行瞬态流场计对计算也是最候，在滑移网域的速度改变格区域（例如静态部分与运效率。 但是当须采用滑移模型或混合面? ?d?=子作用时间计算。 滑移网最苛刻的。网格模拟中变呈现周期如两车在隧图 3.运动部分间当需要计算

5、转移网格。如果面模型。如=?(?)?间精确解（网格是最精寻求的瞬态期性浮动。然隧道中的交会2.1 隧道中间没有相互作转子-定子间果只对相互如 2.3.1 及 2.(?)?而不是时间精确的用于求态解是时间然而，可以模会，如图 3.中两车交会作用时（例间的瞬态作互作用的稳态.3.2 节所述(3.1.6) 间平均解）求解多运动周期的。也模拟其他瞬.2.1） 。 例如仅有转子作用时 （如图态近似感兴述。 时，必须采动参考系问题也就是说，周瞬态类型，包子） ，使用旋图 3.2.2 及 3兴趣，则可以31 采用题的周期包括旋转3.2.3以使3.2要在每一形成移）位置要使3.2直线图.1 滑移滑移网网滑移网

6、格在计算开始一个计算区成“网格分在计算中，图 3.2.4置。 分界面上使用瞬态分图.2 网格网格分分网格交界线，3.2.7 的图 3.2.2 转子网网格技术格技术 格技术使用两始前将网格文域与其相邻分界”的形式，一个计算及 3.2.5 为上网格并不需分析。 图 3.2.4 初始分分界面形界面形状状界面及相关的的交界面为圆子-定子相互两个或多个文件进行合邻的区域间式，相隔计算区域相对于为两个计算区需要进行对始位置 状状 的交界面区圆形。 （两幅互作用 个计算区域合并， 如用户间至少存在一计算区域将会于另一个计区域在初始对齐，由于流区域可以拥有幅图中的交（如果使用独户手册 6.3.1一个分界面会关

7、于网格计算域沿着始位置以及在流动的非稳态3.2.5 一有任意形状交界面均为虚图 3.2.3独立区域生5 节： 读入多面。 相邻计算格分界面进行网格分界滑在便后一段态特性，因一段时间后的状。如图 3.2虚线所表示3 风机 生成网格，则多网格文件算区域的分界行运动。 滑动（旋转或段时间后的先因此在计算中的位置 2.6 的交界面示） 。 32 则需件） 。界面或平先对中需面为至三的，扇形图若图 3.2.6三维情况，则虚线为网对于轴向形。此面为图 3.2.6 线性6 中的几何则分界面则格交界面）转子/定子为垂直于沿着性交界面 何拉伸至 3D则为圆柱面。 图 3.2.结构，转动着静子至转D，则滑移边。图

8、 3.2.8 描.8 3D 圆锥动及静止部转子的旋转轴图 3边界则为平描述了一个网格交界面部分对齐于轴轴向的横截3.2.7 圆形交平面矩形；如个圆锥网格交面 轴线，分界截面。 交界面 如果 3.2.7 拉交界面。 （倾界面可能为平33 拉伸倾斜平面3.2网格穿过保角3.3的情心关于当6DO网格AN行指中包此外区域.3 滑移滑移网网如 3.2 节：格滑动。在这过两个非保角界面信息3 动网动网格格ANSYS F情况。动网格关于时间的当前的求解OF 求解器。格位置。为SYS FLUE指定。 ANSYS F包含运动及外， 由于运动域中。各区域网网格概念格概念 ：滑移网格这种情况下保角区域分界，查看用户

9、格格理论理论 FLUENT 中格模型同样的线速度或角解（例如线速。ANSYS 为使用动网格ENT 允许使FLUENT 期及非运动区域动引起变形域之间的边图 3.2.9格理论中所讨下，网格面不界面的通量户手册 6.4 节中的动网格模样能够用于稳角速度） ，也速度及角速度FLUENT 基格模型，需使用边界配置期望在每一个域， 你需要将形的区域相邻边界面不需要9 3D 平面扇讨论，滑移不需要在网量进行计算。节：非保角模型能用于稳态问题。也可以是非度通过固体基于新的边需要提供初始置，用户自个网格面或将在这些体邻区域也需要共形。可扇形网格界面移网格模型允网格分界面上更多的关于角网格。 于模拟计算域运动可

10、以是非指定的运动体的力平衡计边界位置，在始网格及任自定义函数或或网格区域上体网格创建时需要在网格创可以使用非保面 允许相邻网上对齐。这于 ANSYS 域中存在边是指定的（动，这种情计算而得，在每一时间任何移动区域或 6DOF 求上指定运动时将其分别创建时独立保角或滑移网格相对于其这种条件需要FLUENT 中边界随时间运（如指定固体情况下运动取此时采用的间步自动更新域的运动描求解器对运动动描述。若模别进行分区标立归结到独立移界面在最终34 其他要对中非运动体重取决的是新体描述。动进模型标记。立的终的35 模型中将各区域连接起来。 3.3.1 动网格更新方法动网格更新方法 ANSYS FLUENT

11、 中有三组网格运动方法对变形区域网格进行运动边界指定： 光顺方法（smoothing methods） 动态层（dynamic layering） 局部重构方法（local remeshing methods） 注意到可以在 ANSYS FLUENT 的动网格模型中联合使用悬挂节点自适应。 3.3.1.1 弹簧光顺模型弹簧光顺模型 在基于弹簧的光顺模型中， 任意两个网格节点都理想化为通过内部连接弹簧网络。在任何边界移动之前形成状态平衡网格。给定边界节点上位移将会产生与沿着弹簧连接方向位移成比例的力。使用胡克定律，基于网格节点的力可写成以下格式： ?= ?(? ? ? ?)?（3.3.1） 式中

12、? ?与? ?为节点i与其相邻节点j的位移，?为连接节点?的邻居节点数量，?为弹簧节点?与其相邻节点?间的弹簧刚度。连接节点i与j的边的弹簧刚度可以定义为： ?=? ? ? （3.3.2） 为保持平衡，所有连接节点弹簧产生的净力必须为零。这一条件在迭代方程中可写成： ? ?=? ?（3.3.3） 当边界位移已知时（边界节点位置被更新） ，方程（3.3.3）在所有内部节点上使用雅克比卷积。当收敛时，位置被更新为： ? ?= ? ?+ ? ?,? (3.3.4) 36 式中? + 1及?分别表示下一层时间步及当前时间步。 3.3.1.2 拉普拉斯光顺模型拉普拉斯光顺模型 拉普拉斯光顺是最常用而且最

13、简单的网格光顺方法。 此方法调整每一网格顶点至相邻网格顶点的几何中心。这种方法比较节省计算开销，但无法保证网格质量。使用拉普拉斯光顺重新布置网格顶点时可能会导致非常差的单元质量。为克服这个问题，ANSYS FLUENT 通过重新定位节点到相邻节点的几何中心上，当且仅当存在提高网格质量时（例如扭曲度被提高了） 。 改良的拉普拉斯光顺仅能够用于边界变形 （例如 3D 区域中的三角单元及 2D中的线性单元） 。节点位移通过下面方式进行计算： ? ?=? ? ?（3.3.5） 式中? ?为节点?在第?次迭代时的节点平均位置， ? ?为节点? ?在第?次迭代时的位置，?为节点?的邻接节点数量。新节点位置

14、? ?通过下式计算： ? ?= ? ?(1 ?) + ? ? （3.3.6） 式中?为边界节点松弛因子。 此更新仅发生在当所有邻接? ?网格面最大歪斜通过? ? ?进行改进时。 3.3.1.3 边界层光滑模型边界层光滑模型 边界层网格模型常用于在运动变形网格模拟中改变边界层。这类问题，有Mesh Motion UDF 施加于相邻的边界层上，边界层将会根据 UDF 进行变形。这种光顺方法保持每一层的高度并且能被施加至所有网格类型的边界层上（3D 模型中的楔形网格及六面体网格，2D 模型中的四边形网格） 。 - 37 4 湍流湍流 本章提供了 ANSYS FLUENT 中湍流模型的理论背景。主要包

15、括： 4.1：简介 4.2：选择湍流模型 4.3：Spalart-Allmaras 模型 4.4：标准、RNG 及 Realizable ? ?模型 4.5：标准及 SST ? ?模型 4.6：? ? ?转捩模型 4.7：SST 转捩模型 4.8：? ?模型 4.9：雷诺应力模型（RSM） 4.10：分离涡模型（DES） 4.11：大涡模拟模型（LES） 4.12：壁面边界湍流流动的近壁处理 更多关于ANSYS FLUENT中湍流模拟的资料， 可以查看用户手册第12章：湍流模拟。 4.1 简介简介 湍流流动通过速度场波动进行表征。这些脉动混合诸于动量、能量及组分浓度等标量方程， 引起传输量的脉动。 由于这些脉动存在于小尺度， 且频率非常高，因此对其进行直接模拟非常消耗计算资源。