被動(dòng)型動(dòng)網(wǎng)格解決方案-1 6DOF模型

2017-01-16 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

利用CFD軟件解決動(dòng)網(wǎng)格問題,通?？煞譃橐韵聝深?

(1)主動(dòng)型動(dòng)網(wǎng)格

主動(dòng)型動(dòng)網(wǎng)格問題通常指的是邊界運(yùn)動(dòng)規(guī)律及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)已知,通?？捎绍浖褂谜咄ㄟ^函數(shù)或程序進(jìn)行描述。在程序計(jì)算過程中,求解器調(diào)用邊界運(yùn)動(dòng)軌跡描述程序?qū)崿F(xiàn)邊界運(yùn)動(dòng)。這類動(dòng)網(wǎng)格例子很多,如各類泵、風(fēng)扇等。

(2)被動(dòng)型動(dòng)網(wǎng)格

還有一類動(dòng)網(wǎng)格問題,其邊界運(yùn)動(dòng)規(guī)律往往是未知的,常常需要通過計(jì)算邊界上的力或力矩,以此來求取邊界的運(yùn)動(dòng)。在這類動(dòng)網(wǎng)格計(jì)算設(shè)置中,網(wǎng)格變化規(guī)律難以預(yù)料,導(dǎo)致網(wǎng)格參數(shù)經(jīng)常需要進(jìn)行多次調(diào)整才能達(dá)到目的。這類例子在現(xiàn)實(shí)中其實(shí)也很多,比如風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉輪、水輪機(jī)等。

解決主動(dòng)型動(dòng)網(wǎng)格問題比較容易,利用CFD軟件提供的動(dòng)網(wǎng)格模擬能力很容易解決。需要關(guān)注的地方是邊界運(yùn)動(dòng)后,網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)如何重新布置和生成。如在FLUENT軟件中,其動(dòng)網(wǎng)格主要包括三種網(wǎng)格功能:彈簧光順、動(dòng)態(tài)層及網(wǎng)格重構(gòu)。利用網(wǎng)格重構(gòu)功能幾乎可以解決所有主動(dòng)型動(dòng)網(wǎng)格問題。

那被動(dòng)型動(dòng)網(wǎng)格問題怎么處理呢?一般來說,這類邊界的運(yùn)動(dòng)都是由于內(nèi)部流體對(duì)其壓力所造成的,那么就涉及到力和力矩計(jì)算的問題。對(duì)于這類問題,在FLUENT軟件中可以采用6DOF模型進(jìn)行計(jì)算。

需要注意的是,以上所有類型動(dòng)網(wǎng)格計(jì)算均建立在邊界為剛性的情況下。即不會(huì)計(jì)算由于流動(dòng)產(chǎn)生的力的作用導(dǎo)致的邊界變形。若要計(jì)算邊界變形,則需要采用流固耦合方法,利用固體求解器計(jì)算。被動(dòng)型動(dòng)網(wǎng)格中的力和力矩均是壓力對(duì)面的積分計(jì)算而來。

1、6DOF UDF宏

在FLUENT中利用6DOF是需要定義UDF宏的。該宏的定義形式如下:

DEFINE_SDOF_PROPERTIES(name, properties, dt ,time ,dtime)

函數(shù)中:

Name:宏名稱

Real *properties:存儲(chǔ)6DOF屬性的數(shù)組

Dynamic_Thread *dt:存儲(chǔ)制定的動(dòng)網(wǎng)格屬性

Real time:當(dāng)前時(shí)間

Real dtime:時(shí)間步長(zhǎng)

該UDF宏沒有返回值。用戶需要定義的變變量為name、properties、dt、dtime。

在利用該UDF宏的過程中,需要注意的是properties數(shù)組,其包含多種屬性:

SDOF_MASS //質(zhì)量,定義方式如properties[SDOF_MASS]=7.0定義質(zhì)量7kg

SDOF_IXX,SDOF_IYY,SOF_IZZ,//X、Y、Z方向慣性矩

SDOF_IXY,SDOF_IXZ,SDOF_IYZ,//慣性積

SDOF_LOAD_LOCAL,//布爾值,FALSE為全局坐標(biāo)系,TRUE為體坐標(biāo)系(局部坐標(biāo)系),默認(rèn)為FALSE

SDOF_LOAD_F_X,SDOF_LOAD_F_Y,SDOF_LOAD_F_Z,//X,Y,Z方向外力

SDOF_LOAD_M_X,SDOF_LOAD_M_Y,SDOF_LOAD_M_Z,//分別為X,Y,Z方向外力矩

SDOF_ZERO_TRANS_X,SDOF_ZERO_TRANS_Y,SDOF_ZERO_TRANS_Z,//布爾值,TRUE表示該方向位移為0,默認(rèn)為FALSE

SDOF_ZERO_ROT_X,SDOF_ZERO_ROT_Y,SDOF_ZERO_ROT_Z,//布爾值,TRUE表示該方向旋轉(zhuǎn)自由度為0,默認(rèn)值為FALSE

SDOF_SYMMETRY_X,SDOF_SYMMETRY_Y,SDOF_SYMMETRY_Z,//指定半模型的對(duì)稱軸法向向量。在半模型運(yùn)動(dòng)時(shí)使用。

上面的變換變量可以應(yīng)付絕大多數(shù)問題,然而在FLUENT中,用戶還可以自定義變換變量,這也是通過6DOF屬性變量實(shí)現(xiàn),這些變量包括:

SDOF_CUSTOM_TRANS,//布爾值,TRUE表示使用自定義變換變量,FALUSE表示不使用

SDOF_CTRANS_11,SDOF_CTRANS_12,SDOF_CTRANS_13,SDOF_CTRANS_21,SDOF_CTRANS_22,SDOF_CTRANS_23,SDOF_CTRANS_31,SDOF_CTRANS_32,SDOF_CTRANS_33,//坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變量

SDOF_DTRANS_11,SDOF_DTRANS_12,SDOF_DTRANS_13,SDOF_DTRANS_21,SDOF_DTRANS_22,SDOF_DTRANS_23,SDOF_DTRANS_31,SDOF_DTRANS_32,SDOF_DTRANS_33,//衍生旋轉(zhuǎn)矩陣

這些旋轉(zhuǎn)矩陣在實(shí)際使用中應(yīng)用較少。

下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的SDOF實(shí)例:

#include “udf.h”

DEFINE_SDOF_PROPERTIES(stage,prop,time,dtime)

{

prop[SDOF_MASS] = 800.0;

prop[SDOF_IXX] = 200;

Prop[SDOF_IYY] = 100;

Prop[SDOF_IZZ] = 100;

}

上面的UDF定義了一個(gè)名為stage的SDOF宏,且質(zhì)量800kg,X方向轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為200,Y方向轉(zhuǎn)動(dòng)慣量100,Z方向轉(zhuǎn)動(dòng)慣量100

2、剛體參數(shù)的獲取

應(yīng)用6DOF無可避免的會(huì)碰到剛體屬性值的獲取問題。對(duì)于簡(jiǎn)單的幾何體,應(yīng)用力學(xué)公式可以很方便的計(jì)算出諸如質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等。但是對(duì)于復(fù)雜的幾何模型,要想通過數(shù)學(xué)公式計(jì)算出這些物理量幾乎是不可能的。

其實(shí),幾乎所有的CAD建模軟件中均具有這些物理量的計(jì)算能力,不過要注意區(qū)分計(jì)算的是全局坐標(biāo)系還是局部坐標(biāo)系。

下次以實(shí)例來描述如何應(yīng)用6DOF模型求解被動(dòng)型動(dòng)網(wǎng)格問題。

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