Ansys中 CFD流體分析網(wǎng)格前處理的周期性邊界設(shè)置

2016-08-21 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

在CFD計算中,周期邊界應(yīng)用非常廣泛。Mesh模塊作為ANSYS Workbench中的御用網(wǎng)格生成模塊,如何利用mesh模塊構(gòu)建周期網(wǎng)格,就顯得非常重要。

周期網(wǎng)格分為兩類:旋轉(zhuǎn)周期及平移周期。在ANSYS Mesh模塊中,利用坐標(biāo)系來區(qū)分這兩類網(wǎng)格類型。周期網(wǎng)格區(qū)域要求周期面上網(wǎng)格節(jié)點一一對應(yīng),在ANSYS Mesh模塊中,可以很方便的通過Symmetry功能模塊中的Periodic Region功能達(dá)到這一目標(biāo)。本例描述了如何在ANSYS Mesh模塊中創(chuàng)建周期網(wǎng)格的步驟,在workbench中的項目結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖 1 項目組織結(jié)構(gòu)

一、幾何模型

本例包括兩個計算模型,分別對應(yīng)旋轉(zhuǎn)周期與平移周期,為方便起見,這里使用最簡單的幾何模型。如圖1,圖2所示分別為旋轉(zhuǎn)周期幾何與平移周期幾何。網(wǎng)格劃分完畢后均用fluent進行測試。

圖 2旋轉(zhuǎn)周期

圖 3 平移周期(A面與其對邊的面)

二、旋轉(zhuǎn)周期邊界

雙擊A2單元格,進入mesh模塊。

在進行旋轉(zhuǎn)周期邊界創(chuàng)建之前,需要創(chuàng)建柱坐標(biāo)系。如圖4所示,在屬性菜單Coordinate System上點擊右鍵,選擇子菜單Insert,在彈出的子菜單中選擇Coordinate system,創(chuàng)建新的坐標(biāo)系。

圖 4 插入坐標(biāo)系

進行如圖5所示設(shè)置。選擇type為Cylindrical創(chuàng)建圓柱坐標(biāo)系,origin設(shè)置為你的旋轉(zhuǎn)中心,principal axis為徑向坐標(biāo),orientation about principal axis為軸向坐標(biāo),自己根據(jù)實際情況設(shè)置。最關(guān)鍵的是旋轉(zhuǎn)中心。

圖 5 坐標(biāo)系創(chuàng)建

在Model上點擊右鍵,選擇 Insert > Symmetry,插入對稱。如圖6所示。

圖 6 插入對稱

在插入的Symmetry節(jié)點上點擊右鍵,選擇Insert > Periodic Region,插入周期區(qū)域。如圖7所示。

圖 7 插入周期區(qū)域

選擇low boundary與high boundary,這兩個邊界為相對應(yīng)的周期邊界。最好是沿著旋轉(zhuǎn)方向。設(shè)置type為Periodic,設(shè)置Coordinate System為前面創(chuàng)建的柱坐標(biāo)系。

圖 8 設(shè)置周期

如圖9所示選擇相應(yīng)的面。

圖 9 選擇周期面

OK了,其他網(wǎng)格劃分工作就沒什么好說的了,該怎么劃分還怎么劃分。設(shè)置周期邊界的作用在于保證周期面上的網(wǎng)格節(jié)點一致,否則在fluent中創(chuàng)建周期邊界會出錯。為了便于觀察,這里使用四面體網(wǎng)格(其實這個模型在mesh中可以自動劃分為六面體網(wǎng)格)。生成的網(wǎng)格如圖10所示。從圖中可以看出,周期面上網(wǎng)格節(jié)點數(shù)是映射對應(yīng)的。

圖 10 網(wǎng)格模型

給模型邊界命名:周期邊界分別命名為sideA與sideB,其他隨便給個名稱。主要是用于fluent中周期邊界的創(chuàng)建。

關(guān)閉mesh模塊,返回工程項目窗口,先更新A3元格,然后雙擊B2單元格進入FLUENT。

在進行周期網(wǎng)格創(chuàng)建之前,先檢查一下sideA與sideB所對應(yīng)的ID號。

利用TUI命令mesh/modify-zones/list-zones列舉區(qū)域,如圖10所示,可以看出sizea與sizeb分別對應(yīng)的id號為8和9.

圖 11 列舉區(qū)域

好了,現(xiàn)在可以利用TUI創(chuàng)建周期邊界了。

TUI命令:mesh/modify-zones/make-periodic,如圖11所示。

在彈出的提示輸入periodic zone中輸入8,Shadow zone中輸入9,后面的參數(shù)按提示輸入(周期邊界全部輸入yes)。

圖 12 TUI命令創(chuàng)建周期邊界

可以看出,創(chuàng)建了周期邊界后,ID為9的邊界sideb被刪除掉了。我們可以查看boundary conditions中的sidea,其類型應(yīng)該是自動被設(shè)置為了周期邊界periodic。

至此,旋轉(zhuǎn)周期邊界創(chuàng)建結(jié)束。

三、平移周期邊界

和旋轉(zhuǎn)周期邊界類似,所不同的是創(chuàng)建直角坐標(biāo)系,而不是柱坐標(biāo)系。這里不再贅述。

下面說的是用另一種方法創(chuàng)建周期邊界:match control。

我們知道,流體計算中的周期邊界只是要求邊界上節(jié)點一一對應(yīng),所以我們對周期面上的網(wǎng)格進行控制就可以了,至于周期面的創(chuàng)建,反正都是要在fluent中完成。

進入mesh模塊后,我們先創(chuàng)建一個坐標(biāo)系。創(chuàng)建平移周期邊界需要兩個坐標(biāo)系,但是我們這里可以使用默認(rèn)坐標(biāo)系。所以只需要再新建一個坐標(biāo)系。如圖13所示。

圖 13 創(chuàng)建坐標(biāo)系

進行如圖14所示的設(shè)置。注意圖中的高亮部分。默認(rèn)坐標(biāo)系坐標(biāo)原點(0,0,0),新建坐標(biāo)系原點(0,0,0.05),因為我們的平移周期是沿著Z方向平移0.05m。

圖 14 坐標(biāo)系設(shè)置

插入match control,如圖15所示。

圖 15 插入匹配控制

照圖16進行參數(shù)設(shè)定。

圖 16 參數(shù)設(shè)置

與前面相同,選擇兩個周期面,在transformation中選擇arbitrary,默認(rèn)為cyclic創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)周期邊界,再選擇兩個坐標(biāo)系:一個為默認(rèn)坐標(biāo)系,一個為新建坐標(biāo)系。

這里選擇arbitrary,程序會根據(jù)輸入的坐標(biāo)系統(tǒng)決定創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)周期還是平移周期。

為便于觀察,我們劃分四面體網(wǎng)格,生成網(wǎng)格如圖17所示。旋轉(zhuǎn)圖形查看周期面上網(wǎng)格節(jié)點是否對應(yīng)。

圖 17 網(wǎng)格

為周期面命名之后,關(guān)閉mesh模塊。

進入fluent后的工作和前面所述完全一致,這里不再重復(fù)。如圖18所示。

圖 18 FLUENT中創(chuàng)建周期邊界

四、總結(jié)

(1)在mesh模塊中可以利用symmetry定義周期計算域。一般有三類:symmetry,periodic及cyclic,其中symmetry用于結(jié)構(gòu)分析,periodic用于靜磁場分析,cyclic用于結(jié)構(gòu)與熱分析。對于應(yīng)用于流體計算來說,上面三種都可以使用。

(2)流體周期網(wǎng)格只是要求周期面網(wǎng)格節(jié)點映射對應(yīng),因此可以利用match control創(chuàng)建流體計算周期網(wǎng)格。

(3)在fluent中,需要利用TUI命令重新建立周期網(wǎng)格。

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