让网格动起来 | 闲谈CFD动网格(附雷神山通风设计案例直播)

来源:仿真学习与应用微信
作者:流沙

在固体有限元计算中,网格运动实非什么稀奇事儿。在绝多数固体计算的基本物理量是网格的节点位移,所以,固体计算中网格节点运动是对的,没有运动反而不正常了。也可以这么说:正因为计算域内部节点间的相对运动,才导致了内应力的产生。
流体计算与固体完全不同,其根源在于它们使用的网格类型不同。当前固体有限元计算采用的是拉格朗日网格,而流体计算则大多数采用的欧拉网格。如果说把拉格朗日网格中的节点看作是真实世界的物质原子的话,那么欧拉网格的节点则好比是真实世界中的一个个传感器,它们总是呆在相同的位置,真实的记录着各自位置上的物理量。
正常情况下,欧拉网格系统是这样的:计算域和节点保持位置不变,发生变化的是物理量,网格节点就像一个个布置在计算域中的传感器,记录该位置上的物理量。这其实是由流体力学研究方法所决定的。宏观与微观的差异决定了固体力学计算采用拉格朗日网格,流体计算采用欧拉网格。关于这部分的详细解说,可以参阅任何一本计算流体动力学书籍。
世界是公平的,有利必有弊。拉格朗日网格适合计算节点位移,然而对于过大的网格变形却难以处理;欧拉网格生来可以处理大变形(因为节点不动),然而对于节点运动的处理,则是其软肋。然而很不幸的是,现实生活中有太多网格边界运动的实例,如汽车发动机中的气缸运动、阀门开启与关闭、机翼的运动、飞机投弹等等,举不胜举。
计算流体动力学计算的基本物理量通常为:速度、温度、压力、组分,并不计算网格节点位移。因此,要让网格产生运动,通常给节点施加的物理约束是速度。CFD中的动网格大体分为两类:
  • 显式规定的网格节点速度。配合瞬态时间,即可很方便的得出位移。当然一些求解器(如FLUENT)也支持稳态动网格,这时候可以直接指定节点位移。


  • 网格节点速度是通过求解得到的。如6DOF模型基本上都属于此类,用户将力换算成加速度,然后将其积分成速度。
对于第一类动网格问题,在FLUENT中通常可以使用profile与UDF进行网格设置,通过规定节点或区域的速度、角速度或位移等方式,来显式确定网格的运动,通常大部分的动网格问题都归于此类。而对于第二类问题,通常涉及到力的计算,力在流体中通常是对压力进行积分而来。将力转换为速度或位移,一般涉及到加速度、转动惯量等物理量的计算。在FLUENT中,可以使用6DOF模型进行处理,在CFX中,可以使用刚体模型(13.0以上版本才有)。
FLUENT中,动网格涉及的内容包括:
  • 运动的定义。主要是PROFILE文件与UDF中的动网格宏。

  • 网格更新。FLUENT中关于网格更新方法有三种:网格光顺、动态层、网格重构。需要详细了解这些网格更新方法的运作机理,每个参数所代表的具体含义及设置方法,每种方法的适用范围。
动网格的最终挑战来自于网格更新后的质量,避免负体积是动网格调试的主要目标。在避免负网格的同时,努力提高运动更新后的网格质量。

为了进一步提高大家CFD分析能力, 技术邻特开展 <CFD技术助力雷神山医院负压病房通风系统设计—利用Xflow进行气流组织及污染源扩散分析> 直播。

本直播以达索CFD软件XFlow 协助中南建筑设计院开展雷神山医院负压病房通风系统设计,利用Xflow进行气流组织及污染源扩散分析为案例,介绍具有革命性的新一代CFD软件XFlow,基于格子波尔兹曼方法(LBM,Lattice Boltzmann Method),突破了传统网格方法的瓶颈,可以有效求解几何域中涉及运动机构、自由表面、流固耦合等复杂的计算流体动力学问题。易于使用、无需网格、并行计算高效、边界条件处理简单、模拟精确。

大家能学到:
xflow软件基础操作与应用案例,xflow在污染物扩散方面的应用


直播内容:

(1)XFlow软件介绍

(2)XFlow行业应用

(3)Xflow在雷神山医院负压病房通风系统设计中的应用

(4)Xflow并行计算能力


直播时间:4月22日 19:30

适用人群:

土木工程应用专业;建筑物、桥梁周边空气流动;海洋结构的自由表面分析,水坝泄洪或地下设施水浸;加热,室内空调;污染物扩散


讲师介绍:

李卉
9年CAE行业工作经验,CAE软件二次开发顾问、达索流体软件应用与支持工程师、达索仿真平台解决方案顾问、项目经理。长期从事航空、航天、船舶、电子与电源行业仿真管理平台项目软件开发与实施,对CAE软件集成与开发以及软件间接口开发,CAD/CAE一体化设计仿真、联合仿真有丰富的项目实践经验。熟练掌握网格划分工具ICEMCFD,流体软件Fluent、CFX、结构软件ANSYS、Abaqus、Nastran、后处理软件Tecplot二次开发技术,熟悉Tcl/tk,C++、Scheme、Python、JavaScript和QT开发语言。

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学习了,谢谢分享
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不错
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