Fluent案例｜利用MPM模型模拟打台球

案例演示利用Fluent宏观颗粒模型进行台球开球模拟。

1 问题模拟

使用Fluent宏观颗粒模型来执行台球桌上第一次击球的模拟，包括母球与最初排列成三角形的15个目标球的碰撞。台球桌尺寸为50英寸x100英寸，如下图所示，台球直径为56毫米。

网格生成过程这里略过。

计算结果如图所示。

2 Fluent设置

• 以3D、Double Precision方式启动Fluent

• 利用菜单 File → Read → Mesh… 读取网格文件 pool-table.msh

2.1 启动MPM模型

• 在TUI窗口中输入define/models/addon-modeule/，然后输入10选择启用MPM模型

2.2 General设置

• 进入General任务页进行设置
• 指定Time为 Transient
• 激活选项 Gravity ，并指定重力加速度

2.3 设置MPM模型

• 双击Models节点下的子节点Macroscopic Particles打开模型设置对话框

• 激活选项 Enable Macroscopic Particle Model

• 进入Injections选项卡，点击按钮 Create… 打开设置对话框

• 在弹出的对话框中指定参数
• 指定Diameter为 0.056
• 指定Density为 1700
• 指定Initial Location为 [0.635 0.028 0.635]
• 指定Initial Linear Velocity为 [5 0 0]
• 点击按钮 Create/Modify 确认参数

相同方式创建其他的15个注入点，一共16个注入点，如下图所示。

也可以通过按钮 Read… 读取注入文件 poolballs.pinj，该文件中存储了所有注入点的信息。

• 进入Collision选项卡，指定以下参数

• 进入Initialize MPM选项卡，按下图所示标记进行操作

• 点击Display Injections...打开设置对话框，如下图所示选择Particle ID，点击按钮Display显示颗粒

颗粒如下图所示。

2.4 设置Methods

• 进入Methods任务页，设置Transient Formulation为 Second Order Implicit ，如下图所示

2.5 区域设置

• 双击模型树节点 Cell Zone Conditions > slate打开设置对话框，取消选项 Source Terms ，如下图所示

2.6 设置残差监控

• 双击模型树节点Monitors > Residual打开设置对话框，如下图所示设置
• 取消选项 Plot
• 设置Convergence Criterion为 none
• 点击 OK 按钮关闭对话框

2.7 初始化计算

• 双击模型树节点Initialization打开初始化任务页，选择 Hybrid Initialization 进行初始化

2.8 设置执行命令

可以在计算过程中输出颗粒的运动轨迹。

• 双击模型树节点Execute Commands > mpm1打开设置对话框

• 修改命令为(display-mpm-injections 'particle-id 0 15)，如下图所示

• 双击模型树节点Execute Commands > mpm3打开设置对话框，确认如下图所示设置

2.9 迭代计算

• 双击模型树节点Run Calculation打开任务页，如下图所示设置参数
• 指定Number of Time Steps为 50
• 指定Time Step Size为 0.01
• 点击按钮 Calculate 进行计算

3 计算结果

计算完毕后会在工作路径下生成一系列图片，可以利用这些图片制作动画以查看颗粒运动轨迹，如下图所示。

同时每个颗粒的运动轨迹数据也会存储在文件particle.csv中，可以提取数据进行后续处理。