在ANSYS Mesh模塊中創(chuàng)建流體周期邊界

在CFD計(jì)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(lái)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(diǎn)一一對(duì)應(yīng),在ANSYS Mesh模塊中,可以很方便的通過(guò)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(xiàng)目結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目組織結(jié)構(gòu)

一、幾何模型

本例包括兩個(gè)計(jì)算模型,分別對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)周期與平移周期,為方便起見(jiàn),這里使用最簡(jiǎn)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(jìn)行測(cè)試。

圖2 旋轉(zhuǎn)周期

圖3 平移周期(A面與其對(duì)邊的面)

二、旋轉(zhuǎn)周期邊界

雙擊A2單元格,進(jìn)入mesh模塊。

在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)周期邊界創(chuàng)建之前,需要?jiǎng)?chuàng)建柱坐標(biāo)系。如圖4所示,在屬性菜單Coordinate System上點(diǎn)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(jìn)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(shí)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(diǎn)擊右鍵,選擇 Insert > Symmetry,插入對(duì)稱。如圖6所示。

圖6 插入對(duì)稱

在插入的Symmetry節(jié)點(diǎn)上點(diǎn)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(gè)邊界為相對(duì)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(méi)什么好說(shuō)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(diǎn)一致,否則在fluent中創(chuàng)建周期邊界會(huì)出錯(cuò)。為了便于觀察,這里使用四面體網(wǎng)格(其實(shí)這個(gè)模型在mesh中可以自動(dòng)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(diǎn)數(shù)是映射對(duì)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(gè)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(xiàng)目窗口,先更新A3元格,然后雙擊B2單元格進(jìn)入FLUENT。

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

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(duì)應(yīng)的id號(hào)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(dòng)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(shuō)的是用另一種方法創(chuàng)建周期邊界:match control。

我們知道,流體計(jì)算中的周期邊界只是要求邊界上節(jié)點(diǎn)一一對(duì)應(yīng),所以我們對(duì)周期面上的網(wǎng)格進(jìn)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(jìn)入mesh模塊后,我們先創(chuàng)建一個(gè)坐標(biāo)系。創(chuàng)建平移周期邊界需要兩個(gè)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(gè)坐標(biāo)系。如圖13所示。

圖13 創(chuàng)建坐標(biāo)系

進(jìn)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(diǎn)(0,0,0),新建坐標(biāo)系原點(diǎn)(0,0,0.05),因?yàn)槲覀兊钠揭浦芷谑茄刂?span>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?qǐng)D16進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。

圖16 參數(shù)設(shè)置

與前面相同,選擇兩個(gè)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(gè)坐標(biāo)系:一個(gè)為默認(rèn)坐標(biāo)系,一個(gè)為新建坐標(biāo)系。

這里選擇arbitrary,程序會(huì)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(diǎn)是否對(duì)應(yīng)。

圖17 網(wǎng)格

為周期面命名之后,關(guān)閉mesh模塊。

進(jìn)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(jì)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(chǎng)分析,cyclic用于 結(jié)構(gòu)與熱分析。對(duì)于應(yīng)用于流體計(jì)算來(lái)說(shuō),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(diǎn)映射對(duì)應(yīng),因此可以利用match control創(chuàng)建流體計(jì)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。