Fluent動網格的經典21個問題

04-29

1. 在Fluent中，要使用動網格模型，應該怎麼做？

需要在dynamicmesh（動網格）面板中激活Dynamic Mesh（動網格）選項。如果計算的是活塞運動，則同時激活In-Cylinder（活塞）選項。然後選擇動網格模型，並設置相關參數

2. 在Fluent中，動網格模型可以用來模擬什麼問題?邊界的運動形式有哪兩種?

動網格模型可以用來模擬流場形狀由於邊界運動而隨時間改變的問題。邊界的運動形式可以是預先定義的運動，即可以在計算前指定其速度或角速度；也可以是預先未做定義的運動，即邊界的運動要由前一步的計算結果決定。

3. 在Fluent中，網格的更新過程是怎樣的?

網格的更新過程由FLUENT 根據每個迭代步中邊界的變化情況自動完成。在使用動網格模型時，必須首先定義初始網格、邊界運動的方式並指定參予運動的區域。可以用邊界型函數或者UDF 定義邊界的運動方式。FLUENT 要求將運動的描述定義在網格面或網格區域上。如果流場中包含運動與不運動兩種區域，則需要將它們組合在初始網格中以對它們進行識別。那些由於周圍區域運動而發生變形的區域必須被組合到各自的初始網格區域中。不同區域之間的網格不必是正則的，可以在模型設置中用FLUENT軟體提供的非正則或者滑動界面功能將各區域連接起來。

4. 在Fluent中使用動網格,為什麼要具備一定的C語言編程基礎?

因為一般來講，在Fluent中使用動網格，基本上都要使用到UDF，所以你最好具備一定的C語言編程基礎。

5. 在Fluent中，動網格計算中網格的動態變化過程可以用哪三種模型進行計算?

彈簧近似光滑模型(spring-based smoothing)、動態分層模型（dynamiclayering）和局部重劃模型（local remeshing）。

6. 在Fluent中，彈簧近似光滑模型的使用範圍是什麼？

原則上彈簧光順模型可以用於任何一種網格體系，但是在非四面體網格區域（二維非三角形），最好在滿足下列條件時使用彈簧光順方法：

（1）移動為單方向。

（2）移動方向垂直於邊界。

如果兩個條件不滿足，可能使網格畸變率增大。另外，在系統預設設置中，只有四面體網格（三維）和三角形網格（二維）可以使用彈簧光順法，如果想在其他網格類型中激活該模型，需要在dynamic-mesh-menu 下使用文字命令spring-on-all-shapes?，然後激活該選項即可。

7. 在Fluent中，動態分層模型的應用有什麼限制？

（1）與運動邊界相鄰的網格必須為楔形或者六面體（二維四邊形）網格。

（2）在滑動網格交界面以外的區域，網格必須被單面網格區域包圍。

（3）如果網格周圍區域中有雙側壁面區域，則必須首先將壁面和陰影區分割開，再用滑動交界面將二者耦合起來。

（4）如果動態網格附近包含周期性區域，則只能用FLUENT 的串列版求解，但是如果周期性區域被設置為周期性非正則交界面，則可以用FLUENT 的並行版求解。

8. 在Fluent中，應用局部網格重劃模型應注意什麼事項？

局部網格重劃模型僅能用於四面體網格和三角形網格。在定義了動邊界面以後，如果在動邊界面附近同時定義了局部重劃模型，則動邊界上的表面網格必須滿足下列條件：

（1）需要進行局部調整的表面網格是三角形（三維）或直線（二維）。

（2）將被重新劃分的面網格單元必須緊鄰動網格節點。

（3）表面網格單元必須處於同一個面上並構成一個循環。

（4）被調整單元不能是對稱面（線）或正則周期性邊界的一部分。

9. 在Fluent中，動網格更新方法應該根據什麼來選擇？

通常來講，在一個case中，我們使用的更新方法都是根據網格類型以及和要實現的運動來選擇的，很多時候都是幾種更新方法搭配起來使用的。使用彈簧近似光滑法網格拓撲始終不變，無需插值，保證了計算精度。但彈簧近似光滑法不適用於大變形情況，當計算區域變形較大時，變形後的網格會產生較大的傾斜變形，從而使網格質量變差，嚴重影響計算精度。動態分層法在生成網格方面具有快速的優勢，同時它的應用也受到了一些限制。它要求運動邊界附近的網格為六面體或楔形，這對於複雜外形的流場區域是不適合的。使用局部網格重劃法要求網格為三角形（二維）或四面體（三維），這對於適應複雜外形是有好處的，局部網格重劃法只會對運動邊界附近區域的網格起作用。

10．在Fluent中，設置動網格問題的步驟中需要注意什麼？

在Solver（求解器）面板中選擇非定常流（unsteady）計算；設定邊界條件，即設定壁面運動速度；激活動網格模型，並設定相應參數；指定移動網格區域的運動參數；保存算例文件和數據文件；預覽動網格設置，菜單操作為：Solve -> Mesh Motion...；應用自動保存功能保存計算結果，在動網格計算中，因為每個計算步中網格信息都會改變，而網格信息是儲存在算例文件中的，所以必須同時保存算例文件和數據文件；如果想建立網格運動的動畫過程，可以在Solution Animation（計算結果動畫）面板中進行相關設置。

11. ICEM西瓜皮網格劃分問題?（圖：如鏈接）

yanfabu.com/Bida_Q_qv_id_13431.html

1）下面兩個問題區域是角度較大的問題，可以通過調整節點位置改善

2）上面的問題區域，可將三稜柱的修改為Y-block來解決網格出現的問題

12. 在Fluent中，如何選擇網格更新模型?

在Mesh Methods（網格劃分方法）下面選擇Smothing（彈簧光順模型），Layering（動態層模型）和（或）Remshing（局部網格重劃模型）。

13.在Fluent中，如何設置彈簧光順參數？

激活彈簧光順模型，相關參數設置位於Smoothing（光順）標籤下，可以設置的參數包括Spring ConstantFactor（彈簧彈性係數）、Boundary Node Relaxation（邊界點鬆弛因子）、Convergence Tolerance（收斂判據）和Number ofIterations（迭代次數）。彈簧彈性係數應該在0 到1 之間變化，彈性係數等於0 時，彈簧系統沒有耗散過程，如果靠近壁面的網格沒有被改變，而是保持了原來的網格形狀和密度；在彈性係數等於1 時，彈簧系統的耗散過程與預設設置相同，從圖中可以發現壁面發生變形，壁面附近網格因為過度加密而質量下降。因此在實際計算中應該在0 到1 之間選擇一個適當的值。邊界點鬆弛因子用於控制動邊界上網格點的移動。當這個值為零時，邊界節點不發生移動；在這個值為1 時，則邊界節點的移動計算中不採用鬆弛格式。在大多數情況下，這個值應該取為0 到1 之間的一個值，以保證邊界節點以合適的移動量發生移動。

收斂判據就是網格節點移動計算中，迭代計算的判據。迭代次數是指網格節點移動計算的最大迭代次數。

14. 在Fluent中，設定動網格參數包括哪些內容？

1）選擇網格更新模型；2）設置彈簧光順參數；3）動態分層；4）局部網格重新劃分網格；5）設定活塞運動參數

15. 在Fluent中，怎麼確定分解網格的兩種方法？

通過設定Constant Height（常值高度）與Constant Ratio（常值比例）可以確定分解網格的兩種方法。

16.在Fluent中，怎麼進行局部網格重新劃分網格？

在Remeshing（重劃網格）標籤下，設置與局部重劃模型相關的參數。可以設置的參數包括Maximum Cell Skewness（最大畸變率）、Maximum CellVolume（最大網格體積）和Minimum Cell Volume（最大網格體積），其含義如前所述，主要用於確定哪些網格需要被重新劃分。在預設設置中，如果重新劃分的網格優於原網格，則用新網格代替舊網格；否則，將保持原網格劃分不變。如果無論如何都要採用新網格的話，則可以在Options（選項）下面選擇Must Improve Skewness（必須改善畸變率）選項。如果Options（選項）下面的Size Function（尺寸函數）被激活，則還可以用網格尺寸分布函數標誌需要重新劃分的網格。假設在某點附近的理想網格尺寸為L ，而某個網格的尺寸為L ，如果：

L』不屬於[0.8*gamma*L，1.25*gamma*L]

則網格被標誌為需要重新劃分的網格，並在隨後的計算中被重新劃分。式中的gamma用下面的公式計算：

當alpha>0時，gamma=1+alpha*d_b^(1+2*beta)

當alpha<0時，gamma=1+alpha*d_b^[(1-beta)^-1]

式中d_b為網格到壁面邊界的最小距離，alpha和beta就是需要設置的Size Function Variation（尺寸函數增量）和Size Function Rate（尺寸函數變化率）。

以上兩式中，alpha以邊界網格尺寸為基準控制內部網格的大小，alpha等於0.5表示內部網格的尺寸至少是邊界網格的1.5倍，alpha等於-0.5表示內部網格的尺寸等於邊界網格的0.5倍，如果alpha等於0則表示內部網格與邊界網格大小相同；bata的取值在-1到1之間，用於控制網格從邊界到內部區域的變化速率。Beta取正值表示網格變化速率較慢取負值則表示變化速率較快，取0 則表示網格從邊界到內部區域呈線性變化。

另外一個選項Size Function Resolution（尺寸函數解析度）用於定義尺寸分布函數對網格大小的解析度，其參照值是最小網格尺寸。

點擊Use defaults（使用預設值）按鈕，可以恢復系統預設設置。

17. 在Fluent中，設定活塞運動參數需要主要什麼？

如果在計算中選擇使用In-cylinder（活塞）模型，需要指定Crank Shaft Speed（曲柄速度）、Starting Crank Speed（曲柄起始速度）、Crank Period（曲柄周期）以及Crank Angle Step Size（曲柄角度時間步長）。

FLUENT中還提供一個內建函數用於計算活塞位置。這個函數的自變數為曲柄轉角，如果選用這個函數，還需要指定Piston Stroke（活塞行程）和Connecting Rod Length（連接桿長度）二個參數。

18. 在Fluent中，如何定義動網格的運動方式？

在計算動網格問題時，必須定義動網格區的運動方式。在動網格區為剛體運動時，可以用型函數和UDF 來定義其運動；在動網格區為變形區域時，則需要定義其幾何特徵及局部網格重劃參數；如果動網格區既做剛體運動又有變形發生，則只能用UDF 來定義其幾何形狀的變化和運動過程。

19. FLUENT三種動邊界控制實現方法是什麼？

1)void DEFINE_CG_MOTION (UDFname,Dynamic_Thread * dt,real vel[ ], real omega[ ],real time,real dtime)。

此函數介面用於控制剛體的運動,用戶把剛體質心運動速度和角速度分別賦值給vel和omega, FLUENT根據它們的值來自動計算出邊界下一步的位置,從而實現動邊界的控制; 剛體質心的位置可以在函數介面界面對話框中定義。Dynamic Zones中的dwall就是要控制的動邊界,Motion UDF/Profile中的就是UDFname,從中可看出它已被制定成用於控制dwall,理論上 FLUEN T可以通過這種方式實現無窮多個動邊界的控制; C.G.Location用於設定初始位置的質心,C.G.Orientation用於設定剛體的初始角度。一般適用於剛體本身不變形的運動。

2)void DEFINE_GEOM(char name,Domain * d,Dynamic_Thread * dt,real * position)。

此函數介面用於控制變形體的邊界運動, position就是運動邊界上某網格節點的位置值,用戶可以通過對其賦值達到控制效果, position [0]對應邊界節點的x坐標, position [1]對應y 坐標,position [2]對應z坐標; FLUENT自動遍歷所有的邊界節點,因此適用於有規律的可以用函數描述的運動邊界。

3)void DEFINE_ GRID_MOTION(name,d,dt,time,dtime)。

此函數介面也用於控制形體的邊界運動。主要用於更加複雜的控制,用戶需要自己利用 FLUENT提供的其他函數來遍歷運動邊界上的節點,並對其位置進行控制,因此 UDF編程比前面兩種複雜得多。它甚至可以事先生成好邊界數據,在計算中把數據讀入,完成複雜形體控制。

20. 在Fluent中，預覽動網格的操作步驟是什麼?

在設置好動網格模型及動網格區的運動方式後，可以通過預覽的方式檢查設置效果。預覽功能在Mesh Motion（網格運動）面板中進行設置，啟動這個面板的菜單操作為：Solve-> Mesh Motion...

預覽操作步驟如下：

（1）在參數設置完畢後，首先保存算例（case）文件。因為與網格設置有關的記錄都保存在算例文件中，在預覽過程中伴隨著網格的更新，與網格有關的記錄也不斷被刷新，如果不進行保存，則無法恢復原始設置狀態，在發現參數設置問題後就無法進行更改了。

（2）設置迭代時間步數和時間步長。在計算過程中，當前時間將被顯示在Current MeshTime（當前網格時間）欄中。如果在計算中選用了活塞模型選項，則時間步長用曲柄速度（shaft speed）和曲柄轉動步長（crank angel step size）計算得出。

（3）為了在圖形窗口中預覽網格變化過程，需要激活Display Options（顯示選項）下的Display Grid（顯示網格），並在Display Frequency（顯示頻率）中設置顯示頻率，即每分鐘顯示圖幅數量。如果要保存顯示的圖形，則同時激活Save Hardcopy（保存硬拷貝）選項。

（4）點擊Preview（預覽）按鈕開始預覽。

21. 在Fluent中，定義了活塞運動時，其預覽操作步驟是什麼？

（1）在Display Grid（顯示網格）面板中選擇準備預覽的網格區域。

（2）在IC Zone Motion（網格運動）面板中，設置曲柄角度增量（Increment）和迭代步數（Number of Steps）。

（3）點擊Preview（預覽）按鈕開始預覽。

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本文轉自技術鄰