Fluent中的运动处理方式总结

Fluent 中处理运动区域和运动边界的方法主要包括多参考系模型 (MRF)、滑移网格 (Sliding Mesh)、动网格 (Dynamic Mesh) 和重叠网格 (Overset Mesh)，这里对它们各种的特点、优缺点、处理思路进行比较。

1 多参考系模型

• 特点
• 稳态近似: MRF 模型是一种稳态方法，它假设运动是周期性的，并且在每个周期内流场达到准稳态。
• 局部参考系: 将计算域划分为多个区域，每个区域使用独立的参考系。运动区域的参考系相对于静止区域的参考系旋转或平移。
• 交界面处理: 在交界面处，通过坐标变换将不同参考系下的速度和压力等变量进行转换，实现信息的传递。
• 简单高效: 计算量相对较小，适用于简单的旋转或平移运动。
• 优点
• 计算效率高: 由于是稳态方法，不需要进行时间步推进，计算速度快。
• 易于设置: 设置相对简单，不需要复杂的网格变形或插值。
• 适用于周期性运动: 适用于旋转机械、搅拌器等具有周期性运动的流动问题。
• 缺点
• 瞬态信息丢失: 无法捕捉运动过程中的瞬态变化，只能得到平均或稳态结果。
• 运动限制: 只能处理简单的旋转或平移运动，不能处理复杂的变形或相对运动。
• 交界面近似: 交界面处的处理是近似的，可能引入一定误差。
• 处理思路
1. 划分区域: 将计算域划分为运动区域和静止区域。
2. 定义参考系: 为每个区域定义独立的参考系，运动区域的参考系相对于静止区域的参考系进行旋转或平移。
3. 设置运动参数: 设置运动区域的转速、平移速度等参数。
4. 交界面处理: 在交界面处，Fluent 会自动进行坐标变换，将不同参考系下的变量进行转换。
5. 稳态求解: 进行稳态求解，得到准稳态的流场结果。

2 滑移网格

• 特点
• 瞬态方法: 滑移网格是一种瞬态方法，可以捕捉运动过程中的瞬态变化。
• 网格滑动: 将计算域划分为多个区域，每个区域的网格保持不变，区域之间通过滑动界面进行相对运动。
• 交界面处理: 在滑动界面处，通过插值方法将不同区域的变量进行传递。
• 适用于复杂运动: 可以处理复杂的旋转、平移以及组合运动。
• 优点
• 瞬态信息: 可以捕捉运动过程中的瞬态变化，得到更准确的流动结果。
• 运动灵活: 可以处理复杂的旋转、平移以及组合运动。
• 网格质量: 网格质量保持不变，避免了网格变形带来的误差。
• 缺点
• 计算量较大: 由于是瞬态方法，需要进行时间步推进，计算量较大。
• 交界面插值: 交界面处的插值可能引入一定误差。
• 网格限制: 滑动界面必须是共形网格，即界面上的节点必须一一对应。
• 处理思路
1. 划分区域: 将计算域划分为多个区域，每个区域的网格保持不变。
2. 定义滑动界面: 定义区域之间的滑动界面。
3. 设置运动参数: 设置运动区域的转速、平移速度等参数。
4. 交界面插值: 在滑动界面处，Fluent 会自动进行插值，将不同区域的变量进行传递。
5. 瞬态求解: 进行瞬态求解，得到随时间变化的流动结果。

3 动网格

• 特点
• 瞬态方法: 动网格是一种瞬态方法，可以捕捉运动过程中的瞬态变化。
• 网格变形: 计算域的网格随着运动边界的移动而变形。
• 网格重构: 当网格变形过大时，需要进行网格重构，以保证网格质量。
• 适用于复杂变形: 可以处理复杂的变形、相对运动以及流固耦合问题。
• 优点
• 瞬态信息: 可以捕捉运动过程中的瞬态变化，得到更准确的流动结果。
• 运动灵活: 可以处理复杂的变形、相对运动以及流固耦合问题。
• 边界适应性: 网格可以随着边界的移动而变形，更好地适应流动边界。
• 缺点
• 计算量较大: 由于是瞬态方法，需要进行时间步推进，计算量较大。
• 网格变形: 网格变形可能导致网格质量下降，影响计算精度。
• 网格重构: 网格重构可能导致计算中断，增加计算时间。
• 设置复杂: 设置相对复杂，需要选择合适的网格变形方法和重构策略。
• 处理思路
1. 定义运动边界: 定义需要运动的边界。
2. 设置网格变形方法: 选择合适的网格变形方法，如弹簧光顺法、扩散法等。
3. 设置网格重构策略: 设置网格重构的条件和方法。
4. 设置运动参数: 设置运动边界的运动规律。
5. 瞬态求解: 进行瞬态求解，得到随时间变化的流动结果。

4 重叠网格

• 特点
• 瞬态方法: 重叠网格是一种瞬态方法，可以捕捉运动过程中的瞬态变化。
• 网格重叠: 将计算域划分为多个区域，每个区域使用独立的网格，区域之间可以相互重叠。
• 插值传递: 通过插值方法将不同区域的变量进行传递。
• 适用于复杂运动: 可以处理复杂的相对运动、大变形以及多体运动问题。
• 优点
• 瞬态信息: 可以捕捉运动过程中的瞬态变化，得到更准确的流动结果。
• 运动灵活: 可以处理复杂的相对运动、大变形以及多体运动问题。
• 网格质量: 每个区域的网格可以独立生成，避免了网格变形带来的误差。
• 网格生成灵活: 可以使用不同的网格类型和密度，更好地适应不同的流动区域。
• 缺点
• 计算量较大: 由于是瞬态方法，需要进行时间步推进，计算量较大。
• 插值复杂: 插值过程相对复杂，可能引入一定误差。
• 设置复杂: 设置相对复杂，需要定义重叠区域和插值方法。
• 处理思路
1. 划分区域: 将计算域划分为多个区域，每个区域使用独立的网格。
2. 定义重叠区域: 定义区域之间的重叠区域。
3. 设置插值方法: 选择合适的插值方法，如线性插值、高阶插值等。
4. 设置运动参数: 设置运动区域的运动规律。
5. 瞬态求解: 进行瞬态求解，得到随时间变化的流动结果。

5 总结

6 选择建议

• MRF: 如果只需要得到稳态结果，并且运动是简单的旋转或平移，MRF 是最简单高效的选择。
• 滑移网格: 如果需要捕捉瞬态信息，并且运动是复杂的旋转或平移，滑移网格是一个不错的选择。
• 动网格: 如果需要处理复杂的变形、相对运动或流固耦合问题，动网格是必要的选择。
• 重叠网格: 如果需要处理复杂的相对运动、大变形或多体运动问题，重叠网格是最佳选择。

 

注：以上内容为Obsidian的Smart Composer插件利用Gemini从个人知识库中提取产生，经过人工简单校对。