【小王说流体】跟UDF说拜拜，midas NFX CFD动网格功能介绍!

2年前浏览2406

大家好，我是小王，不是隔壁的那个小王，欢迎观看本期的《小王说流体》。今天想跟大家分享一下流体仿真中经常会遇到的计算流体域边界壁面运动的问题，也就是大家常说的动网格问题。

在现实流体工程问题中，存在大量流体域边界变形和边界运动的问题。对于这种流体域边界随时间变化的流动问题，这就需要用到动态网格技术来进行解算。比如流体机械中的叶片转动、阀门的开关过程等；比如航空工业中飞机襟、副翼的运动、飞机外挂物分离投放等过程；比如生物医学中的动脉血管的膨胀与收缩、肺部的吸气和呼气等过程。

图1. 常见的流体域边界随时间变化的流动现象

在传统的流体仿真分析软件中，有关动网格的计算可能需要大家去进行UDF的程序编译和电脑环境的配置，过程不可谓不痛苦，是的，小王之前因为下载软件改了电脑的环境配置，读研时候用的某软件UDF用不了了，又双叒叕去重装系统了。

那在midas NFX CFD当中只需要在软件中对运动壁面的运动方式进行定义就可以完成我们常遇见的流体域网格边界平动、旋转、复合运动又或是边界主动运动和边界被动运动的问题以及可能由边界运动产生的壁面碰撞问题。

在NFX CFD中通过壁面运动管理选项的定义进行了模块化的处理，将之前可能需要进行UDF编译的过程转变成了在软件中填写相关边界运动参数。如图2所示，在该界面下，我们可以通过选择不同的网格运动类型又或是定义公式的形式，定义其运动参数，完成不同流体边界运动形式的定义。

下面是一些动网格在机械领域的一些运用，包括了边界转动、平动、复合运动以及自由落体的被动网格运动等例子：离心泵、风力发电机、搅拌机、清洁机器人、反应堆控制棒落棒等。

1、NFX CFD中动网格的四种实现策略

那么midas NFX CFD对于这种流体域壁面边界变形的动网格问题，提供了四种动网格计算求解策略，其中分别是：

①、MRF移动参考系方法

②、滑移网格方法

③、重叠网格方法

④、网格变形方法

图2. NFX CFD中的四种动网格实现策略

其中MRF方法和滑移网格方法主要针对周期性边界运动，重叠网格方法和网格变形方法主要针对非周期性边界运动。更进一步的，把MRF技术用于与时间无关的稳态流场计算，滑移网格技术用于与时间相关的瞬态流场计算；将重叠网格技术用于边界运动相对于整体计算域来说的大变形运动，将网格变形技术用于边界运动相对于整体计算域来说的小变形运动。

针对这四种不同的动网格实现策略在计算时网格的不同运动形式，可以在图3中看出。MRF技术在计算过程中网格是保持静止不动的，滑移网格技术是通过划分动静交接面的形式来实现运动流体域和静止流体域的分区域求解，而重叠网格技术是利用重叠单元与背景单元的交互插值来实现计算域边界运动，网格变形是采用类似于弹簧光顺的方法通过节点弹性移动来实现边界壁面的小变形运动。