FLUENT中提供了6DOF模型，用于计算刚体在流体域空间的运动行为。该模型除了可以计算刚体模型的平移旋转等运动规律之外，还可以实时计算刚体模型的受力、加速度以及速度。配合FLUENT强大的动网格能力，利用6DOF模型能够模拟真实世界中的诸多现象。本例采用6DOF模型，配合VOF多相流模型，计算木制小球自空气中坠入水中的过程。观察小球坠落过程中流场变化情况，同时监测小球重心的运动规律。

1、模型考虑

真实模型是三维的，这里为了方便起见，采用二维模型考虑。所涉及的技术内容完全一致。几何模型如图1所示。

图1 几何尺寸及模型

图2 网格

模型尺寸如图1所示。单位为mm。在CAD软件中统计小球信息得到：

重心坐标(0,0,0)，惯性矩Ixx = 2010619mm^4，Iyy=2010619mm^4，Izz=4021238.5mm^4，面积A=5026.548mm^2。对于平面模型计算，fluent默认拉伸厚度为1m，假设小球密度800kg/m^3，因此可以计算小球质量mass=800*5026.548e-6=4.021kg。

2、划分网格

在ICEM CFD中生成全三角形计算网格，如图2所示。设定上部边界为pressure_outlet，矩形上其它三条边为walls，小球边界为movingWall。（此处可以生成边界层网格，然后将边界层网格添加至另外的计算域，让该区域跟随movingwall一起运动）。然后将模型导出为msh文件。

3、准备UDF

UDF比较简单，如下所示。采用DEFINE_SDOF_PROPERTIES宏，给质量及三方向惯性矩赋值即可。

#include "udf.h"

DEFINE_SDOF_PROPERTIES(test_box, prop, dt, time, dtime)

{

prop[SDOF_MASS] = 4.021;

prop[SDOF_IXX] = 2010619e-12;

prop[SDOF_IYY] = 2010619e-12;

prop[SDOF_IZZ] = 4021238e-12;

}

编译并load此UDF。

4、sacle计算域

Fluent读入msh文件，scale网格设定合适的单位。将网格尺寸及显示尺寸均设为mm。如图3所示。

图3 Scale Mesh

5、General面板设置

设置Time为瞬态Transient，同时激活重力选项，设置重力加速度为Y方向-9.81m/s2。如图4所示。

图4 general面板设置

6、模型面板设置

设置VOF多相流模型，如图5所示。设置body force formulation为Implicit Body Force。

图5 多相流模型

选择湍流模型为标准k-epsilon模型，采用增强壁面函数。

6、材料

材料数据库中添加water-liquid。

设置水为主相，空气为第二相。如图6所示。

7、边界条件设置

本例中需要设置的边界条件为出口边界。该边界设为压力出口，静压为0。如图6所示。

图6 出口边界设置

同时设置出口第二相组分为1.即出口全部为空气。

8、动网格设置

激活动网格。在Dynamic mesh面板中，激活smoothing与Remeshing方法，同时勾选Six DOF选项。如图7所示。

图7 动网格设置

点击Mesh Methods的Settings进入参数设置面板，在smoothing标签页下设置Spring Constant Factor为0.5，进入remeshing标签页，进行图8所示设置。

图8 remeshing设置

关闭mesh method settings面板，进入six dof setting面板。进行如图9所示设置。

图9 6DOF设置

勾选Write Motion History，这样运动数据即可写入文本文件。

设置完毕后关闭6DOF设置面板。

创建运动区域，如图10所示，指定运动区域为moving wall，勾选six dof options中的on选项。

图10 创建运动域

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

技术邻推荐：

钢管混凝土落锤实验模拟（原创，如转载，请注明出处）

二维焊接分析过程（原创，如转载，请注明出处）