Fluent入门验证案例 | 管道中的非牛顿流（一）

本案例利用Fluent动网格对高速列车横风影响下的动态气动特性展开仿真。对横风32m/s（风向角90°）、行驶速度为300km/s的复兴号展开仿真，该案例所用模型为假设模型，仅作计算设置参考。通过此案例后续可以对不同横风角度、不同模型、不同行驶速度等工况展开类似仿真计算。文本涉及到UDF、层铺网格，网格划分与流场设置十分繁琐，可能有部分遗漏，大家可以留言询问。1动网格技术说明在Fluent中用于动网格更新的模型有以下3种：弹簧近似光顺模型（Spring-BasedSmoothing）、动态铺层模型（DynamicLayering）以及局部网格重构模型（LocalRemeshing）。弹簧近似光顺模型中的位移量来修改的，进而对网格进行光顺调整。通常近似光顺模型和局部网格重构模型联合使用。动态铺层模型是Fluent动网格方法一般适用于二维的四边形网格或三维的六面体棱柱网格，网格能够根据运动情况进行自动劈分、合并，但是该方法多应用于单自由度运动模式。在本研究中采用动态层铺模型对高速列车运动进行模拟。2UDF说明在本研究中采用动态层铺模型对高速列车运动进行模拟。仅在一个方向上运动，因此选择DEFINE_CG_MOTION进行定义，vel[0]代表x轴方向，相关的UDF代码如下：#include"udf.h"#include"dynamesh_tools.h"DEFINE_CG_MOTION(piston,dt,vel,omega,time,dtime){NV_S(vel,=,0.0);NV_S(omega,=,0.0);vel[0]=83;}2workbench设置本案例需要设置如下三个模块的计算，其中包括动网格区域网格划分、外域网格划分与fluent计算三个部分，具体设置如下图：3SCDM设置3.1导入几何整体几何结构如下图:此边界参考相关文献，部分文献左边界为压力入口。局部细节图如下，中间的长方体为动网格运动区域。4Fluentmeshing设置采用Fluentmeshing进行网格划分，运动区域划分为四面体网格导出为FFF1.1.msh，详细的划分方式在下一篇文章中介绍。外部静止区域划分为多面体网格导出为FFF2.2.msh。外部静止区域网格如下图所示：运动区域网格如下图所示：5FLUENT设置5.1General设置与网格导入首先导入FFF1.1.msh网格，其次通过下图所示的方法将FFF2.2.msh导入。由于本文涉及到列车运动，因此需要探讨瞬态计算结果，此处的设置比较简单，勾选为瞬态计算。5.2边界条件设置首先依据前文讲述的几何模型，按照下图对边界进行设置。将地面设置为free-slip。将运动区域与外部静止域之间的接触面设置为交界面，具体设置如下：速度入口设置为32m/s，具体设置如下图：5.3边界条件设置首先导入编辑的udf。对运动区域进行设置，即整个运动区域到网格都要添加udf，具体设置如下：5.4初始化设置相关初始化设置如下图。5.5计算设置此处进行的计算设置如下：6后处理结果6.1残差结果为快速得到结果，采用的标准是10e-3。6.2后处理云图结果对稳定后的表面压力云图进行绘制，可以发现，压力云图与Fluent合成风法高速列车横风静态气动特性仿真（一）结果一致。因此为了快速计算，对于横风影响可以采用合成速度法进行计算。而动网格的方法适合于列车在不同地形中（例如隧道）前进，无法通过静态模拟的场景。PS:阵风模型阵风模型仅需修改入口速度表达式（后续将开展对变速度入口的介绍）即可，其余设置一致，为了节省篇幅，再此一并介绍。入口速度表达式如下图：相关结果如下：来源：CFD仿真库